escuela superior politÉcnica de...

ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE CHIMBORAZO

FACULTAD DE CIENCIAS

ESCUELA DE CIENCIAS QUÍMICAS

ESTUDIO DE SO2 y NO2 EMPLEANDO MUESTREO PASIVO EN LA

ZONA INDUSTRIAL DE VÍA A LA COSTA - GUAYAQUIL

AUTORA: PATRICIA ESTEFANÍA CUEVA VILLAFUERTE

TUTORA: ING. RAFAELA VITERI UZCÁTEGUI

TRABAJO DE TITULACIÓN:

TIPO: PROYECTOS TÉCNICOS

Previo la obtención del Título de:

INGENIERA EN BIOTECNOLOGÍA AMBIENTAL

Riobamba – Ecuador

2017

II

©2017, Patricia Estefanía Cueva Villafuerte

Se autoriza la reproducción total o parcial, con fines académicos, por cualquier medio o

procedimiento, incluyendo la cita bibliográfica del documento, siempre y cuando se reconozca el

Derecho de Autor.

III

ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE CHIMBORAZO

FACULTAD DE CIENCIAS

ESCUELA DE CIENCIAS QUÍMICAS

El Tribunal del Trabajo de Titulación certifica que: El trabajo técnico: “ESTUDIO DE SO2 y NO2

EMPLEANDO MUESTREO PASIVO EN LA ZONA INDUSTRIAL DE VÍA LA COSTA -

GUAYAQUIL”, de responsabilidad de la señorita Egresada: Patricia Estefanía Cueva Villafuerte,

ha sido prolijamente revisado por los Miembros del Tribunal del Trabajo de Titulación, quedando

autorizada su presentación.

NOMBRE FIRMA FECHA

Ing. Rafaela Viteri ……………………… ………………………

DIRECTOR TRABAJO TITULACIÓN

Ing. Hugo Calderón ……………………… ………………………

MIEMBRO DEL TRIBUNAL

Ing. Juan Carlos González ……………………… ………………………

MIEMBRO DEL TRIBUNAL

DOCUMENTALISTA ……………………… ………………………

SISBIB ESPOCH

IV

DECLARACIÓN DE AUTENTICIDAD

Yo, Patricia Estefanía Cueva Villafuerte, declaro que el presente trabajo de titulación es de mi

autoría y que los resultados del mismo son auténticos y originales. Los textos constantes en el

documento que provienen de otra fuente están debidamente citados y referenciados.

Como autora, asumo la responsabilidad legal y académica de los contenidos de este trabajo de

titulación.

Riobamba, 14 de julio del 2017

-------------------------------------

Patricia Estefanía Cueva Villafuerte

C.I. 180508074-2

V

Yo, Patricia Estefanía Cueva Villafuerte soy responsable de las ideas, doctrinas y resultados

expuestos en este trabajo experimental y el patrimonio intelectual del trabajo de titulación

pertenece a la Escuela Superior Politécnica de Chimborazo.

Patricia Estefanía Cueva Villafuerte

VI

DEDICATORIA

A mi padre celestial Dios y a la Virgencita del Quinche, quienes me brindaron la oportunidad de

vivir y permitieron que el logro hoy alcanzado sea posible.

A mi madre María, quien con su amor, esfuerzo, valentía y tenacidad ha sido el prototipo de padre

y madre unificada en mujer fundamental en mi vida.

A mi abuelita María Carmelina y mis hermanos Dayana, Nick y Pablo, quienes con su apoyo y

cariño incondicional motivaron mi preparación académica.

A mis chiquitines Agustín, Sofía y Carlie, mi primo Andrés y tíos, quienes con cada detalle y

palabra de ánimo me demostraron que las adversidades están en nuestra mente y que el esfuerzo

y la dedicación al final tienen su recompensa. Lo logramos

A mis dos ángeles, mi papá Rocco y mi papito Carlos, quienes desde el cielo segura estoy me

bendicen y guían en cada paso que emprendo.

A mis queridas amigas quienes a pesar de la distancia siempre han estado presentes impulsándome

y motivándome a salir adelante y no dejarme vencer por las adversidades.

Patty

VII

AGRADECIMIENTO

Mi agradecimiento se dirige a quien me regaló el Don de la vida, ha llenado de bendiciones cada

día de mi existencia y hoy me permite alcanzar uno de los logros académicos planteados, Dios.

A mi madre hermosa y mi Familia, pilar esencial en cada paso que emprendo, quienes con sus

consejos y apoyo incondicional han fomentado mi crecimiento personal y profesional

brindándome su amor y cariño absoluto. Los quiero.

A la Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, por abrirme las puertas de sus aulas y

brindarme la oportunidad de ser una profesional de raíces politécnicas; a mis profesores, a mis

compañeros y a todos quienes conforman la ESPOCH, actores principales que durante 5 años

impulsaron mi formación estudiantil, no los olvidaré.

Patty

VIII

TABLA DE CONTENIDO

RESUMEN ................................................................................................................................ XX

ABSTRACT ............................................................................................................................ XXI

INTRODUCCIÓN ...................................................................................................................... 1

JUSTIFICACIÓN ....................................................................................................................... 2

ANTECEDENTES ...................................................................................................................... 3

OBJETIVOS ................................................................................................................................ 5

CAPÍTULO I ............................................................................................................................... 6

1. MARCO TEÓRICO REFERENCIAL ................................................................................. 6

Atmósfera ............................................................................................................................... 6

Funciones de la atmósfera ............................................................................................. 6

Filtración de los rayos solares........................................................................................ 7

Mantenimiento y distribución de la temperatura ........................................................... 7

Autodepuración ............................................................................................................. 7

Capas de la atmósfera .................................................................................................... 7

Tropósfera ...................................................................................................................... 8

Estratósfera .................................................................................................................... 8

Mesósfera ...................................................................................................................... 8

Termósfera o Ionósfera .................................................................................................. 8

Exósfera ......................................................................................................................... 8

Contaminación atmosférica .................................................................................................... 9

Contaminantes atmosféricos .......................................................................................... 9

En función a su origen son: ........................................................................................... 9

De acuerdo a la evolución en la atmósfera existe: ......................................................... 9

De acuerdo a su estructura, encontramos: ................................................................... 10

Fuentes de emisiones atmosféricas .............................................................................. 11

Fuentes fijas ................................................................................................................. 12

Fuentes fugitivas .......................................................................................................... 12

Fuentes móviles ........................................................................................................... 12

IX

Óxidos de azufre .................................................................................................................. 13

Dióxido de Azufre ....................................................................................................... 13

Normativa .................................................................................................................... 14

Efectos contaminantes del Dióxido de Azufre ............................................................ 14

Análisis de SO2 ............................................................................................................ 14

Óxidos de nitrógeno ............................................................................................................. 15

Dióxido de nitrógeno ................................................................................................... 16

Normativa .................................................................................................................... 16

Efectos contaminantes del Dióxido de Nitrógeno ....................................................... 17

Análisis de NO2 ........................................................................................................... 17

Análisis de las emisiones ..................................................................................................... 17

Emisión ........................................................................................................................ 17

Emisión de las combustiones fijas ............................................................................... 18

Emisión de las transportes ........................................................................................... 18

Emisiones industriales ................................................................................................. 18

Muestreo atmosférico ........................................................................................................... 18

Importancia .................................................................................................................. 19

Tipos de Muestreo ....................................................................................................... 19

Muestreo a caudal constante ........................................................................................ 19

Muestreo proporcional ................................................................................................. 19

Muestreo puntual ......................................................................................................... 20

Muestreo de partículas ................................................................................................. 20

Técnicas de muestreo ................................................................................................... 20

Muestreo pasivo ........................................................................................................... 20

Muestreo activo ........................................................................................................... 20

Analizadores o monitores automáticos ........................................................................ 21

Sensores remotos ......................................................................................................... 21

Bioindicadores ............................................................................................................. 21

Métodos de medida en función al tipo de muestreo .................................................... 23

Métodos extractivos ..................................................................................................... 23

Métodos de muestreo in - situ ...................................................................................... 24

Sistemas de teledetección ............................................................................................ 24

Toma de muestras ........................................................................................................ 24

Métodos extractivos ..................................................................................................... 25

Métodos no extractivos ................................................................................................ 25

CAPITULO II ........................................................................................................................... 26

X

2. MARCO METODOLÓGICO .............................................................................................. 26

Tipo y Diseño de Investigación ............................................................................................ 26

Tipo de Investigación .................................................................................................. 26

Nivel ............................................................................................................................ 26

Diseño de la Investigación ........................................................................................... 26

Técnicas e instrumentos de recogida de datos ............................................................. 26

Técnicas de tabulación de datos: ................................................................................. 26

Lógica del estudio ................................................................................................................ 27

Lugar de estudio .......................................................................................................... 27

Monitoreo .................................................................................................................... 28

Establecimiento y georreferenciación de los puntos de monitoreo ............................. 28

Parámetros ambientales a tomar en cuenta. ................................................................. 30

Preparación de reactivos para el estudio de NO2 en aire. ..................................................... 30

Materiales .................................................................................................................... 30

Materiales de campo .................................................................................................... 30

Materiales de laboratorio. ............................................................................................ 31

Solución captadora de NO2 .......................................................................................... 32

Solución patrón ........................................................................................................... 32

Solución Stock de nitrito ............................................................................................. 32

Preparación del reactivo de Griess .............................................................................. 32

Preparación de reactivos para el estudio de SO2 en aire. ..................................................... 32

Materiales .................................................................................................................... 33

Materiales de campo .................................................................................................... 33

Materiales de laboratorio. ............................................................................................ 33

Solución captadora de SO2 .......................................................................................... 34

Solución de clorhidrato de pararosanilina ................................................................... 35

Solución de formaldehido ............................................................................................ 35

Solución de ácido sulfámico ........................................................................................ 35

Solución de disulfito de sodio...................................................................................... 35

Captadores pasivos ............................................................................................................... 35

Elaboración de los captadores pasivos para NO2 y SO2 .............................................. 36

Colocación de muestreadores en los puntos de monitoreo. ................................................. 36

Exposición de NO2 y SO2..................................................................................................... 36

Transporte y conservación de los captadores pasivos de NO2 y SO2 ................................... 36

Análisis muestreal ................................................................................................................ 37

Lugar de análisis .......................................................................................................... 37

Procedimiento previo ................................................................................................... 37

XI

Barrido espectral .......................................................................................................... 37

Obtención de curvas de calibración ............................................................................. 37

Curva de calibración de NO2 ....................................................................................... 37

Curva de calibración de SO2. ....................................................................................... 39

Análisis de muestras de NO2 ....................................................................................... 41

Método colorimétrico .................................................................................................. 41

Análisis espectrofotométrico ....................................................................................... 41

Estimación de la concentración y masa de NO2 recogida en cada captador. .............. 41

Análisis de muestras de SO2 ........................................................................................ 42

Estandarización de tiosulfato ....................................................................................... 42

Método colorimétrico .................................................................................................. 42

Análisis espectrofotométrico ....................................................................................... 43

Cálculo de la concentración y masa de SO2 recogida en cada captador. ..................... 43

Cálculo de la concentración ambiental de NO2 y SO2. ................................................ 43

Corrección de la concentración ambiental de acuerdo a las condiciones de la localidad.

44

Aplicación de software ....................................................................................................... 44

Almacenamiento de información ................................................................................. 44

Análisis estadístico empleando el software SPSS. ...................................................... 45

Mapa de concentración utilizando ArcMap ................................................................ 45

CAPITULO III .......................................................................................................................... 47

3. MARCO DE RESULTADOS, DISCUSIÓN Y ANÁLISIS DE RESULTADOS ............ 47

Concentración ambiental y corrección de acuerdo a las condiciones de la localidad. ......... 47

Variación de concentración durante el muestreo ......................................................... 49

Dióxido de Nitrógeno .................................................................................................. 49

Dióxido de Azufre ....................................................................................................... 55

Análisis de las concentraciones de NO2 y SO2 empleando ArcGIS. .................................... 62

Análisis estadístico ............................................................................................................... 64

Análisis de prevalencia ................................................................................................ 64

Protocolo para direccionar la preservación y manejo de la calidad del aire. ...................... 65

CONCLUSIONES ..................................................................................................................... 67

RECOMENDACIONES ........................................................................................................... 68

XII

BIBLIOGRAFIA

ANEXOS

XIII

ÍNDICE DE ABREVIATURAS

µg Microgramo

µg/m3 Microgramo por metro cubico

A Área transversal del tubo cilíndrico (m2)

b Intersección de la recta en el eje de ordenadas

C Concentración ambiente medida (µg/ml)

CA Concentración del analito en el tubo según la curva de

calibración.

Cc Concentración corregida (µg/m3)

Co Concentración observada (µg/m3)

CO Monóxido de carbono

CO2 Dióxido de carbono

cm/s Centímetro por segundo

CME Concentración máxima de emisión

CT Concentración conocida de NO2 y SO2 en la disolución

estándar.

D12 Coeficiente de difusión molecular de NO2y SO2 en el aire (m2/s)

EDTA Sal disódica dihidratada del ácido etilendiaminotetracético

g Gramo.

H2S Ácido sulfhídrico / Sulfuro de hidrógeno

H2SO4 Ácido sulfúrico

HCl Ácido Clorhídrico

HF Ácido Fluorhídrico

HNO3 Ácido Nítrico

hv Energía

INAMHI Instituto Nacional de Meteorología e Hidrología

INEC Instituto Nacional de Estadísticas y Censos

km/h Kilómetro por hora

Kp/m2 Kilopondio por metro cuadrado

Kt Nudo

L Longitud del tubo cilíndrico

m Masa recogida por cada captador

M Tercer cuerpo que interviene en la reacciones químicas

XIV

m Pendiente de la recta

mb Milibar

mg/m3 Miligramo por metro cubico

mg / ml Miligramo por mililitro..

m/s Metros por segundo

mmhg Milímetro de mercurio

ml Mililitro

mm Milímetro

m.s.n.m Metros sobre el nivel del mar

mT Masa total en el tubo

N Concentración normal o normalidad

NEDA N-1 naftilendiamina

N2O5 Óxido de nitrógeno

NH3 Amoniaco

nm Nanómetro

NO Monóxido de nitrógeno

NO2 Dióxido de nitrógeno

NO3- Nitrato

O3 Ozono

OH Grupo Hidroxilo

P Presión

PRA Hidrocloruro de pararosailina

ppm Partes por millón

Qp Estado químicamente puro de un compuesto

s Segundo.

SO2 Dióxido de azufre

SO3 Trióxido de azufre

t°C Temperatura local en grados centígrados.

t Tiempo de exposición.

TCM Tetracloro mercurato de sodio

TCT Tasa de cambio de temperatura

UTM sistema de coordenadas Universal Transversor Mercator

V Volumen de reactivos de color vertidos en cada tubo.

V Volumen de reactivos de color para la extracción.

Vs Volumen total de la disolución estándar añadido.

Vx Volumen total de la disolución en el tubo.

XV

ÍNDICE DE ANEXOS

ANEXO A. CURVA DE CALIBRACIÓN DE NO2 Y SO2.

ANEXO B DILUCIONES EMPLEADAS PARA LA OBTENCIÓN DE LAS CURVAS DE CALIBRACIÓN.

ANEXO C COLOCACIÓN DE MUESTREADORES¡ERROR! MARCADOR NO DEFINIDO..

ANEXO D CAPTADORES PASIVOS DE NO2 Y SO2.

ANEXO E ANÁLISIS DE LABORATORIO DE LAS MUESTRAS DE NO2 Y SO2.

XVI

ÍNDICE DE ECUACIONES

(ECUACIÓN 2-1) FÓRMULA PARA CALCULAR LA MASA TOTAL DE LAS SOLUCIONES PATRÓN DE NO2 ........ 38

(ECUACIÓN 2-2) FÓRMULA PARA CALCULAR LA CONCENTRACIÓN DE LAS SOLUCIONES PATRÓN DE NO2 . 38

(ECUACIÓN 2-3) LA MASA TOTAL DE LAS SOLUCIONES PATRÓN DE SO2 ..................................................... 40

(ECUACIÓN 2-4) FÓRMULA PARA CALCULAR LA CONCENTRACIÓN DE LAS SOLUCIONES PATRÓN DE SO2 .. 40

(ECUACIÓN 2-5) FÓRMULA DE LA ECUACIÓN DE LA RECTA ....................................................................... 41

(ECUACIÓN 2-6) FÓRMULA PARA CALCULAR LA CONCENTRACIÓN DE LAS MUESTRAS DE NO2 .................. 42

(ECUACIÓN 2-7) FÓRMULA PARA CALCULAR LA MASA DE NO2 .................................................................. 42

(ECUACIÓN 2-8) FÓRMULA PARA CALCULAR LA CONCENTRACIÓN DE LAS MUESTRAS DE SO2 ................... 43

(ECUACIÓN 2-9) FÓRMULA PARA CALCULAR LA CONCENTRACIÓN AMBIENTAL DE NO2 Y SO2 ................... 43

(ECUACIÓN 2-10) FÓRMULA PARA CORREGIR LA CONCENTRACIÓN AMBIENTAL ...................................... 44

XVII

ÍNDICE DE FIGURAS

FIGURA 2-1 VÍA A LA COSTA, GUAYAQUIL ............................................................................................... 28

FIGURA 2-2 PUNTOS DE MONITOREO DE NO2 Y SO2 EN VÍA A LA COSTA DE LA CIUDAD DE GUAYAQUIL 30

FIGURA 3-1 MAPA DE CONCENTRACIONES DE NO2 EMPLEANDO ARCMAP. .............................................. 62

FIGURA 3-2 MAPA DE CONCENTRACIONES DE SO2 EMPLEANDO ARCMAP. ............................................... 63

XVIII

ÍNDICE DE GRÁFICOS

GRÁFICO 3-1 CONCENTRACIÓN MÁXIMA SEMANAL DE NO2 (µG/M³) ....................................................... 49

GRÁFICO 3-2 CONCENTRACIÓN PROMEDIO SEMANAL DE NO2 (µG/M³), SEMANA 1. .................................. 50







GRÁFICO 3-10 CONCENTRACIÓN MÁXIMA SEMANAL DE SO2 (µG/M³) ...................................................... 56

GRÁFICO 3-11 CONCENTRACIÓN PROMEDIO SEMANAL DE SO2 (µG/M³), SEMANA 1. ................................. 56





GRÁFICO 3-16 CONCENTRACIÓN PROMEDIO SEMANAL DE NO2 (µG/M³), SEMANA 6. ................................ 60



GRÁFICO 3-19 PREVALENCIA DE LA CONCENTRACIÓN NO2 ...................................................................... 65

GRÁFICO 3-20 PREVALENCIA DE LA CONCENTRACIÓN SO2 ....................................................................... 65

GRÁFICO 21 CURVA DE CALIBRACIÓN DE NO2 ................................... ¡ERROR! MARCADOR NO DEFINIDO.

GRÁFICO 22 CURVA DE CALIBRACIÓN DE SO2. .................................... ¡ERROR! MARCADOR NO DEFINIDO.

XIX

ÍNDICE DE TABLAS

TABLA 1-1 COMPOSICIÓN DEL AIRE NATURAL SECO .................................................................................... 6

TABLA 1-2 CLASIFICACIÓN DE LOS CONTAMINANTES ATMOSFÉRICOS GASEOSOS. ..................................... 10

TABLA 1-3 CLASIFICACIÓN DE PARTÍCULAS POLUTANTES ......................................................................... 10

TABLA 1-4 CLASIFICACIÓN DE FUENTES EMISORAS.................................................................................... 12

TABLA 1-6. METODOLOGÍAS PARA EL MUESTREO EN EL MONITOREO ATMOSFÉRICO. ................................ 21

TABLA 2-1 GEORREFERENCIACIÓN DE LOS PUNTOS DE MONITOREO DE NO2 Y SO2 EN VÍA A LA COSTA -

GUAYAQUIL ....................................................................................................................................... 29

TABLA 2-2 DATOS DE CONCENTRACIÓN Y ABSORBANCIA TRIPLICADA DEL ANÁLISIS DE LAS DISOLUCIONES

PATRÓN DE NO2 ................................................................................................................................. 39

TABLA 2-3 DATOS DE CONCENTRACIÓN Y ABSORBANCIA TRIPLICADA DEL ANÁLISIS DE LAS DISOLUCIONES

PATRÓN DE SO2.................................................................................................................................. 40

TABLA 3-1 RESULTADOS OBTENIDOS PARA EL DIÓXIDO DE NITRÓGENO ................................................... 47

TABLA 3-2 RESULTADOS OBTENIDOS PARA EL DIÓXIDO DE AZUFRE ......................................................... 48

TABLA 3-1 DATOS OBTENIDOS PARA GENERAR LA CURVA DE CALIBRACIÓN DEL DIÓXIDO DE NITRÓGENO

.................................................................................................... ¡ERROR! MARCADOR NO DEFINIDO.

TABLA 3-2 DATOS OBTENIDOS PARA GENERAR LA CURVA DE CALIBRACIÓN DEL DIÓXIDO DE AZUFRE

.................................................................................................... ¡ERROR! MARCADOR NO DEFINIDO.

XX

RESUMEN

La elevada afluencia vehicular existente en Guayaquil y el asentamiento de industrias que

mediante sus procesos productivos generan combustión permitió desarrollar el estudio de SO2 y

NO2 en la zona industrial de vía la Costa durante el período Noviembre 2016-Enero 2017

utilizando la metodología de muestreadores pasivos que consiste en colocar soluciones captadoras

específicas para SO2 y NO2 de tetracloromercurato de sodio y trietanolamina respectivamente en

tubos de vidrio colocados a 2,5 m de altura en 20,0 puntos seleccionados aleatoriamente desde

Jardines del Salado hasta el km 26,0. Los análisis de las muestras permitieron calcular la

concentración existente de los gases contaminantes obteniendo de este modo valores máximos en

los puntos 13 y 14 para el NO2 igual a 64,346 µg/m³ y 75,649 µg/m³ de igual manera para el

SO2 en los puntos 10 y 11 se registran valores de 30,389 µg/m3 y 36,013 µg/m3 que no sobrepasan

el límite permitido por la Norma Ecuatoriana para Dióxido de nitrógeno igual a 200 µg/m³ en una

hora y para Dióxido de azufre igual a 125 µg/m³ por día según el Acuerdo Ministerial 097A Libro

VI Anexo 4 Calidad del aire resultados plasmados en mapas que a partir de la escala colorimétrica

muestran la variación de concentración en el área de estudio. El análisis de datos permitió

concluir la no existencia de correlación entre los parámetros meteorológicos otorgados por el

Instituto Nacional de Meteorología e Hidrología (INAMHI) y la concentración obtenida de los

captadores pasivos por lo tanto no influyen en la prevalencia de los gases contaminantes en la

zona cuya dispersión es no significativa y prevalencia en el tiempo casi constante por lo tanto las

concentraciones obtenidas no sobrepasan el límite permitido. Se debe desarrollar un estudio de

fuentes específicas (fijas o móviles) de emisión de Dióxidos de nitrógeno y azufre que faculte

determinar la relación directa entre la concentración y la fuente de generación de contaminación

atmosférica.

Palabras Claves: < BIOTECNOLOGÌA> < INGENIERÍA AMBIENTAL>

<CONTAMINANTES ATMOSFÉRICOS> < DIFUSIÓN GASEOSA>

<ESPECTROFOTOMETRÍA > <CALIDAD DEL AIRE>

XXI

ABSTRACT

The high traffic existing abundance in Guayaquil and the accession of industries that by means of

his productive processes they generate combustion permit to develop the study of SO2 and NO2

in the industrial park of route to the coast during the period November 2016- January 2017 using

the methodology of samplers liabilities that it consists of placing solutions catchers specific for

SO2 and NO2 of tetracloromercurato of sodium and trietanolamina respectively in glass pipes

placed to 2.5m of height in 20.0 selected points a randomly from gardens of the salty one up to

the km 26.0. The analyses of the samples allowed to calculate the concentration existing of the

pollutant gases obtaining thus maximun values in points 13 and 14 for him NO2 equally to 64,346

µg/m³ and 75,649 µg/m³ of equal way of for SO2 in the points 10 and 11 register values of 30,389

µg/m3 and 36,013 µg/m3 that do not exceed the limit allowed by the Ecuadorian norm for the

dioxide of equal nitrogen to 200 µg/m³ in an hour and for the dioxide of equal sulphur to 125

µg/m³ per day according to the ministerial agreement 097A book VI attached 4 quality of the air

proved formed of maps that from the colorimetric scale show the variation of concentration in the

area of study . The analisys of give you it allowed to conclude not existence of correlation between

the meteorological parameters granted by the national institute of meteorology and hydrological

(INAMHI) and the concentration obtained of the passive captors therefore they do not influence

the pre-valency of the pollutant gases the zone which dispersion is not significant and the preva-

lency in the almost constant time therefore the obtained concentrations do not exceed the allowed

limit. It is necessary to develop a study of specific sources (hinges or mobiles) of emission of

dioxides of nitrogen and sulphur that it authorizes to determinate the direct relation between the

concentration and the source of generation of air pollution.

Key words: < BIOTECHNOLOGY>, <ENVIRONMENTAL ENGINEERING>

<ATMOSPHERIC CONTAMINANTS> <GAS DIFFUSION> <SPECTROPHOTOMETRY >

<AIR QUALITY>

1

INTRODUCCIÓN

En Ecuador los problemas ambientales de calidad del aire constituyen un principio de interés en

ciudades como Quito, Guayaquil y Cuenca donde se evidencia una concentración poblacional

elevada, un desarrollo industrial y manufacturero en auge y un creciente aumento del campo

automotor. De acuerdo al Anuario de Transporte del 2015 desarrollado por el (Instituto Nacional

de Estadísticas y Censos 2015, p. 14) el número de vehículos matriculados entre los años 2014 y

2015 tuvo un crecimiento anual del 9,8%, evidenciándose mayor concentración de vehículos en

las provincias de Pichincha, Guayas y Manabí.

La gestión de la calidad del aire en el país tiene como referente la ciudad de Quito, misma que

tras la problemática de contaminación evidenciada en febrero de 2004, instauró la Corporación

para el Mejoramiento del Aire de Quito (CORPAIRE) que se encarga de la operación de la Red

Metropolitana de Monitoreo Atmosférico (REMMAQ), la revisión técnica vehicular y el

desarrollo del Índice Quiteño de Calidad del Aire. La ciudad de Guayaquil no presenta

actualmente una red de monitoreo permanente de la calidad del aire, dificultando establecer

tendencias de deterioro de la calidad en forma precisa. En la ciudad de Cuenca el monitoreo de la

calidad del recurso aire está a cargo de la Empresa de Telecomunicaciones, Agua Potable y

Alcantarillado de Cuenca (ETAPA).(Ministerio del Ambiente 2010, p. 2)

Los problemas ambientales que afectan la calidad del aire son consecuencia de los procesos

productivos y los mecanismos de supervivencia del ser humano, atribuyéndosele el 80% al sector

del transporte y el 20% a las industrias, microempresas y hogar, tomar medidas como la siembra

de árboles, el ahorro de energía, la disminución y control de emisiones constituyen medidas

viables para mejorar la calidad de aire de las ciudades pobladas pero que difícilmente constituirá

una solución de mejora en la salud de personas expuestas por demasiado tiempo a los

contaminantes atmosféricos que puede desencadenar en problemas respiratorios y

hepáticos.(Ramos 2007, p. 1)

Los complicaciones asociadas a la contaminación atmosférica por las actividades extractivas de

petróleo e incineración de gas natural en la Amazonía, la generación de energía con plantas

termoeléctricas, la minería metálica y las fumigaciones aéreas en territorio Ecuatoriano por parte

del gobierno Colombiano constituyen las principales causas de cambio climático y vulnerabilidad

en los ecosistemas regionales y locales.(Organizacion de Naciones Unidas 2008, p. 2)

2

Situación problemática

Vía a la Costa corresponde una carretera transitada por una gran cantidad de automotores de peso

liviano y pesado durante la semana laboral y fines de semana, cantidad intensificada en fechas

festivas y feriados Nacionales, donde propios y extraños abandonan y visitan la ciudad de

Guayaquil, generando mayor confluencia vehicular en la carretera en mención.

Un sin número de actividades productivas se desarrollan a lo largo de la Vía a la Costa, en la cual

constan empresas como: ELECTROQUIL.SA, HOLCIM.SA, Canteras, Empresas de elaboración

de balanceados, cal, productos químicos y otras; que demandan el uso de chimeneas, canteras y

la entrada y salida permanente de vehículos que movilizan sus insumos, materias primas y

productos a los diversos puntos nacionales del país.

Dado el crecimiento poblacional que afronta la ciudad de Guayaquil, los pobladores se han

expandido hacia la Vía a la Costa, razón por la cual a lo largo de la misma se han desarrollado y

se encuentran desarrollando varios proyectos habitacionales, lo cual atrae el desarrollo de

actividades comerciales y educativas que se han visto marcadas durante los últimos años.

El exceso de vehículos y la localización de varias industrias en la zona generan problemas que

perjudican la calidad del aire en el sector y por ende la calidad de vida de las pobladores y del

personal que labora en las industrias, es por tanto necesario desarrollar un estudio de la presencia

de SO2 y NO2 en la zona en mención dado que constituye un punto clave de quemado de

combustibles fósiles, que son emitidos a la atmósfera por los automóviles, chimeneas,

incineradores, entre otros, provenientes de las actividades descritas, fuente primaria de la

generación de los contaminantes citados.

JUSTIFICACIÓN

La importancia ambiental que involucra la presencia de SO2 y NO2 en los daños atmosféricos es

actualmente de gran interés dado el continuo crecimiento poblacional, del campo automotor y las

actividades industriales las cuales a través de sus procesos emiten a la atmósfera gases

contaminantes que afectan la calidad del aire y la salud humana.

La emisión de NO2 al ser un gas tóxico, relativamente insoluble en agua, provoca efectos

perjudiciales en la salud, específicamente en el sistema respiratorio, dado puede inhalarse en

grandes cantidades y penetrar las vías respiratorias inferiores del pulmón afectando este sistema.

Se ha comprobado que el NO2 es cuatro veces más tóxico que el monóxido de nitrógeno; presenta

3

toxicidad cruzada con el ozono y de ahí su importancia toxicológica al formar nitritos de peracilo.

(Zapata, Quijano, Rubiano, Londoño, & Molina, 2007).

El SO2 es un gas de color acre, soluble en agua, reactivo e irritante para el sistema respiratorio y

puede conducir con una exposición de larga duración, al incremento de enfermedades de las vías

respiratorias como bronquitis. En períodos cortos de exposición puede producir cambios en la

función pulmonar en asmáticos. (Zapata, Quijano, Rubiano, Londoño, & Molina, 2007).

Los efectos en la salud humana debido a la asimilación de SO2 y NO2 en los poblados colindantes

a zonas industriales y fuentes potenciales de emisión de los gases descritos, requieren ser

estudiadas y analizadas a profundidad a fin de establecer medidas que minimicen la presencia de

los mismos y de ser posible las atenúen en su totalidad.

La realización de esta investigación justifica ampliamente el interés por asegurar la calidad de

vida y mejorar el entorno de los seres humanos en la zona de estudio mediante la obtención de

datos significativos y reales de la emisión de NO2 y SO2, empleando una técnica confiable y

económica denominada Muestreadores o Indicadores pasivos colocados en puntos estratégicos de

Vía a la Costa mediante su cuantificación posterior por espectrofotometría.

Un análisis y estudio de la calidad de aire beneficia a la población directa e indirecta en la que se

desarrolla la investigación, a las personas vinculadas en investigaciones atmosféricas y

ambientales y nuestros gobernantes los cuales tienen en sus manos aplicar medidas, normas y

leyes de prevención y control de emisiones de NO2 y SO2.

ANTECEDENTES

En el año 2008 una investigación realizada por la Universidad Nacional de Colombia en convenio

con el área metropolitana del Valle de Aburrá empleó muestreadores pasivos a fin de determinar

zonas críticas y evaluar la tendencia de contaminación atmosférica en 15 vías principales durante

una año a fin de establecer la concentración de dióxido de azufre, dióxido de nitrógeno, ozono,

compuestos orgánicos volátiles y tasa de sedimentación empleando para esta ultima el análisis

por solidos totales, los resultados obtenidos en cuanto a concentración de dióxido de azufre y

4

nitrógeno en 12 estaciones superó el valor guía de la OMS al igual que en 9 estaciones para

benceno.(Zapata, Quijano, Molina, Rubiano, & Londoño, 2008, p. 1)

En 2009 se desarrolla por tres estudiantes de la Universidad de Antioquia en el cual realizan un

análisis comparativo entre el análisis espectrofotométrico y la cromatografía infrarroja

desarrollando un muestreo en dos etapas, la primera durante 3 meses y la segunda cada 2, 5 y 7

días empleando muestreadores pasivos en una zona urbano-industrial de Medellín donde

concluyeron que la cromatografía infrarroja posee un límite de detección más bajo que la

espectrofotométrica y además resaltan técnicas para la cuantificación, ventajas y desventajas de

emplear muestreadores pasivos. (Torres, Montoya, & Castaño, 2009, p. 2)

En 2011 se desarrolló en Costa Rica un estudio titulado ¨Evaluación de un sistema de muestreo

pasivo de CPVC para dióxido de nitrógeno en el aire ¨ donde se construyeron tubos de difusión

pasiva de poli(cloruro de vinilo) clorado (CPVC) para determinar la concentración de NO2 en el

aire comparando su eficiencia con el método modificado de Griess-Saltzman, recomendado por

la Organización Mundial de la Salud, mostrando una buena concordancia entre ambas

metodologías con respecto a las concentraciones de NO2, los resultados indicaron además que la

precisión del sistema pasivo, medida en cuatro tubos por medio del coeficiente de variación,

estuvo en el ámbito de 5,2% a 10,6%, y es similar a la reportada por otros autores. (Bolaños &

Jimenez, 2011, p. 2)

El artículo científico titulado ¨Uso de muestreadores pasivos para la determinación de dióxido de

nitrógeno en dos municipios del área metropolitana de Costa Rica en 2004-2013¨ evaluó el

desempeño de los dispositivos pasivos para la determinación de dióxido de nitrógeno en 25 puntos

de los cantones de San José y Belén, estableciendo en al menos 5 sitios de San José y 4 de Belén,

concentraciones mayores a 40 ug/m3 recomendado por la O.M.S, debido a la elevada afluencia

vehicular además se registra un incremento del 11 al 13% en comparación a años

anteriores.(Herrera et al., 2014, p. 3)

En nuestro país existen estudios acerca de la presencia de contaminantes atmosféricos

desarrollado por estudiantes politécnicas, como el ejecutado en el año 2009 por Laura Cocha

titulado ¨ Análisis de la concentración de contaminantes SO2, NO2 y BTX usando sensores

pasivos¨ donde busca dar a conocer el grado de contaminación del aire en seis puntos estratégicos

5

de la ciudad de Riobamba desarrollando muestreo desde febrero del 2008 – Abril 2009 empleando

un método experimental y la técnica pasiva de monitoreo de la calidad del aire cuyos resultaron

no superaron los límites permisibles de la Norma Ecuatoriana ni las Guías de Calidad del aire de

la OMS a excepción del benceno que supera los límites permisibles de la Norma Europea.(Cocha,

2009, p. 108)

En 2014, desarrolla Cristina Cifuentes estudiante de la EPE la Validación del método para medir

gases contaminantes (SO2, NO2 y O3) mediante captadores pasivos, incluyendo un análisis

microbiológico de la calidad del aire, en una fábrica industrial donde se busca cuantificar la

concentración empleando técnicas analíticas que aseguren confiabilidad en los resultados. El

monitoreo de los gases contaminantes se desarrolló cerca de la estación Centro de la Secretaría

del ambiente para determinar el parámetro de exactitud de la validación el cual cumplió con los

objetivos de validación. El análisis espectrofotométrico se desarrolló empleando diferentes

longitudes de onda donde se obtuvo concentraciones de los tres gases por debajo de los límites

permisibles al igual de la cantidad de microorganismos.(Cifuentes, 2014, p. 1)

OBJETIVOS

Objetivo General

Evaluar el SO2 y NO2 empleando muestreo pasivo en la zona industrial de Vía a la Costa –

Guayaquil durante el período Octubre 2016 –Enero del 2017.

Objetivos Específicos

• Determinar el grado de contaminación producida por SO2 y NO2 desde Jardines hasta el km

26 perteneciente a Vía a la Costa Guayaquil.

• Establecer la correlación existente entre los parámetros meteorológicos, la dispersión y la

prevalencia en el tiempo de los gases contaminantes en estudio.

• Diseñar un protocolo para direccionar la preservación y manejo de la calidad del aire de la

zona de estudio.

6

CAPÍTULO I

1. MARCO TEÓRICO REFERENCIAL

Atmósfera

La atmósfera constituye la capa gaseosa que cubre la superficie terrestre y la protege del ambiente

hostil externo, su concentración varia con la altitud y latitud cuya presencia mayoritaria

corresponde a nitrógeno y oxigeno gas, presenta además concentraciones minoritarias de argón,

dióxido de carbono y vapor de agua. La composición del aire natural seco manifestado en

porcentaje de volumen corresponde al descrito en la Tabla 1-1.(Contreras y Molero 2012, p. 59)

Tabla 1-1 Composición del aire natural seco

Sustancia % Volumen Sustancia % Volumen

Nitrógeno 78,08 Óxido nitroso 2,5.10 -5

Oxígeno 20,95 Dióxido de nitrógeno ~ 10 -5

Argón 9,34.10 -1 Monóxido de carbono ~ 10 -5

Dióxido de carbono 3,14.10 -2 Xenón 8,7.10 -6

Neón 1,82.10 -3 Amoníaco ~ 10 -6

Helio 5,24.10 -4 Dióxido de azufre ~ 2.10 -6

Metano 2,00.10 -4 Ozono Trazas

Kriptón 1,14.10 -4 Iodo Trazas

Hidrógeno 5,00.10 -5 Otros hidrocarburos Trazas

Fuente: (Contreras y Molero 2012, p. 60)

Funciones de la atmósfera

Las funciones que se le atribuyen a la atmósfera de manera permanente son imprescindibles para

el desarrollo de la vida en la Tierra.

7

Filtración de los rayos solares

La energía emitida por el sol en forma de radiación es filtrada por distintas capas de la atmósfera

a fin de preservar la vida en la superficie terrestre mediante algunos gases de los que se encuentra

compuesta la misma, los cuales absorben e impiden continúen su recorrido al suelo evitando los

efectos perjudiciales en los seres vivos. (Gallego et al. 2012)

Mantenimiento y distribución de la temperatura

La Tierra cuenta con una temperatura promedio de 16 ºC no constante debido al ángulo de

incidencia de los rayos solares y la inclinación del eje de giro, esta temperatura es mantenida

debido a la presencia de los gases de efecto invernadero. La presencia de la atmósfera redistribuye

además la circulación del calor procedente del sol, el cual es mayor en el Ecuador y disminuye a

medida que nos acercamos a los polos. (Gallego et al. 2012)

Autodepuración

El constante movimiento de la tropósfera faculta el equilibrio de las concentraciones de todos los

gases manteniendo una proporción de estos adecuada para el desarrollo de la vida y también

debido a la presencia de los radicales –OH responsables de la degradación de contaminantes

orgánicos e inorgánicos que permite la autodepuración de compuestos con cierta reactividad.

(Gallego et al. 2012)

Capas de la atmósfera

La atmósfera es una capa relativamente delgada con un grosor aproximado de 100 km no uniforme

debido a la características que presenta la superficie terrestre, se encuentra estratificada de

acuerdo a la relación temperatura/densidad en varias regiones o zonas. (Cabildo et al. 2013, p. 352)

8

Tropósfera

Capa más cercana a la corteza terrestre, donde se desarrolla la vida, presenta una altura a nivel

del mar entre los 10 y 16 kilómetros, presentan uniformidad en la composición gaseosa debido al

movimiento de las masas de aire. La temperatura disminuye con la altura, alcanzando -56 °C en

el límite superior a partir del nivel del mar debido al contacto próximo con la superficie

terrestre.(Cabildo et al. 2013, p. 353)

Estratósfera

Capa situada sobre los 50 km de la superficie terrestre, su temperatura máxima equivale a -2°C,

mayor a la tropósfera debido a la presencia de ozono el cual absorbe las radiaciones ultravioletas,

presenta un 19% del total de los gases de la atmosfera. (Cabildo et al. 2013, p. 353)

Mesósfera

Se extiende entre los kilómetros 50 y 85, sin presencia de especies que absorban las radiaciones

existentes en la capa, la temperatura disminuye de nuevo hasta unos -92 °C debido a la

disminución de la concentración de ozono y de la disminución de las reacciones. (Cabildo et al. 2013,

p. 353)

Termósfera o Ionósfera

Se desarrolla a partir de los 85 a 500 km, la temperatura aumenta y puede llegar hasta unos 1200

°C debido a la presencia de especies que absorben radiaciones con valores energéticos elevados

cuya longitud de onda es inferior a 200nm. Posee propiedades de reflexión de ondas de radio que

favorece la comunicación. (Cabildo et al. 2013, p. 353)

Exósfera

Capa límite exterior de la atmósfera de 500 a 800 km, da lugar al intercambio de masa con el

exterior debido a la captura de las partículas del espacio exterior por la gravitación terrestre,

9

presenta baja densidad y sirve como zona de transición hacia una zona sin presencia de gases ni

gravedad. (Contreras y Molero 2012, p. 62)

Contaminación atmosférica

Presencia en la atmósfera de sustancias no deseables resultantes de la actividad antropogénica o

de procesos naturales que en concentraciones tales afectan significativamente el confort, la salud,

y bienestar de los hombres, los animales, las plantas y los bienes. (Contreras y Molero 2012, p. 67)

Contaminantes atmosféricos

Los contaminantes atmosféricos pueden ser clasificados tomando en cuenta diversos ámbitos, se

destacan así:

En función a su origen son:

Natural: Originada por incendios forestales, erupciones volcánicas, tormentas y procesos

biológicos.

Antropogénica: Provocada por emisiones a la atmosfera por parte de la industria, procesos

de combustión vehicular, entre otros.(Consejería de Medio Ambiente 2013, p. 1)

De acuerdo a la evolución en la atmósfera existe:

Contaminantes primarios: Contaminantes procedentes de la fuente directa de emisión.

Contaminantes secundarios: Compuestos originados en la atmósfera por reacciones

químicas entre los contaminantes primarios originados en mayor parte por fuentes antropogénicas

y los principales oxidantes atmosféricos con intervención de la radiación solar. (Ministerio de

Agricultura 2013, p. 9)

10

Tabla 1-2 Clasificación de los contaminantes atmosféricos gaseosos.

Tipo

Contaminante primario

Contaminante secundario

Compuesto de azufre SO2, H2S

SO3, H2SO4

Compuesto de nitrógeno NO, NH3 NO2, NO3, O3

Compuesto de carbono Compuestos Cl – C7 Aldehídos, cetonas, ácidos

Óxidos de carbono CO, CO2 Ninguno

Compuesto de los halógenos HF, HCl Ninguno

Fuente: (Consejería de Medio Ambiente 2013, p. 1)

De acuerdo a su estructura, encontramos:

Material particulado

Son los contaminantes atmosféricos más complejos debido a que engloban sustancias

sólidas y líquidas procedentes de diversas fuentes, destacando las siguientes:

Tabla 1-3 Clasificación de material particulado

Partículas Descripción

Polvos Partículas con diámetro comprendido entre 1 y 100 micras que se depositan

por efecto de la gravedad con velocidad de sedimentación aproximada en el

aire de 45 cm/s, producidas por desintegración mecánica.

Nieblas Suspensión de pequeñas gotas líquidas formadas por la condensación de

vapor o atomización, constituidas por partículas de diámetro superior a 10

micrones y concentraciones bajas.

Humos

Presentan un diámetro menor de 1 micra que impide su sedimentación y

faculta la formación de suspensiones mecánicamente estables denominadas

materia en suspensión, generadas por procesos de combustión.

Aerosoles Mezcla de partículas sólidas y liquidas suspendidas en un gas.

11

PM10 Partículas gruesas de diámetro igual a 10 micrómetros en cuya estructura

forman parte los nitratos, generados por procesos mecánicos o de

evaporación mineral, local, partículas biológicas y partículas primarias

derivadas de procesos industriales o del tráfico. Permanecen en el aire

durante minutos u horas.

PM2,5

Partículas finas de diámetro igual a 2,5 micrómetros cuya composición es

tóxica debido a la presencia de nitratos y sulfatos, aerosoles orgánicos

secundarios e hidrocarburos aromáticos policíclicos, generadas por procesos

industriales de molienda y pulverización. Pueden mantenerse suspendidas

durante días o semanas.

Fuente: (Ministerio de Agricultura 2013, p. 7)

Gases

Constituyen una amplia gama de sustancias en forma de gas provenientes de diversa naturaleza

con comportamientos y dinámicas químicas diferentes (Ministerio de Agricultura 2013, p. 7), pueden

clasificarse de la siguiente manera:

Compuestos orgánicos

Compuestos del azufre

Compuestos del nitrógeno

Compuestos del carbono

Compuestos de los halógenos (Alatorre y Llanos 2014, p. 5)

Fuentes de emisiones atmosféricas

Las principales fuentes de emisión de contaminantes atmosféricos pueden ser clasificadas de

acuerdo a sus características en:

12

Fuentes fijas

Fuentes que generan emisiones por quema de combustibles producto de actividades industriales

y residenciales cuya finalidad es la producción de energía, calor o vapor y otros procesos

industriales incluidas las emisiones originadas por la quema de biomasa.(Ministerio de Ambiente de

Chile 2011, p. 60)

Fuentes fugitivas

Emisiones que no son canalizadas por ductos, chimeneas u otros sistemas hacia el exterior

originadas por la pavimentación y no pavimentación de calles, construcción, demolición y

naturalmente por la generación de material suspendido de tierra o roca por acción del viento,

cuya tasa de emisión está limitada por los parámetros meteorológicos. (Ministerio de Ambiente de Chile

2011, p. 60)

Fuentes móviles

Son aquellas que generan emisiones provenientes de los tubos de escape, desgaste de frenos y

neumáticos provenientes del uso de los diversos tipos de transporte como automóviles, camiones,

buses y motocicletas. (Ministerio de Ambiente de Chile 2011, p. 60)

Tabla 1-4 Clasificación de fuentes emisoras

Tipo Contaminantes Subtipo Actividades generadoras

Fuentes fijas PM10, PM2,5, SOX y

NOX

Residenciales Calefacción residencial, quemas agrícolas e

incendios forestales.

Industriales

Generación eléctrica, procesos industriales en

calderas generadoras de vapor y hornos

industriales, otros procesos industriales.

Fuentes

fugitivas PM10, PM2,5 Polvo resuspendido

Construcción de edificios

Calles con y sin pavimento

Erosión eólica.

Fuentes

móviles

PM10, PM2, 5, SOX,

NO2 y COV. En ruta

Buses, camiones, vehículos particulares,

vehículos comerciales, taxis y motocicletas.

13

Fuera de ruta Maquinaria de construcción o agrícola,

operación de puertos y aeropuertos.

Fuente: (Ministerio de Ambiente de Chile 2011, p. 61)

Óxidos de azufre

Importantes contaminantes del aire constituyen los compuestos derivados del azufre cuyos

oxidantes dominantes en la atmósfera constituyen el dióxido y trióxido de azufre, los cuales son

generados naturalmente por oxidación del ácido sulfhídrico debido a la acción de bacterias

quimiosintéticas de la siguiente manera (Ortega 2014, p. 7):

H2S + 3

2𝑂2 H2O + SO2

Antrópicamente se generan por combustión de combustibles constituidos por azufre los cuales al

reaccionar con agua da lugar a la presencia de ácido sulfúrico, contaminante generador de la lluvia

ácido el cual genera acidificación de aguas y suelos. (Ortega 2014, p. 7)

SO2 + 𝑂3 SO3 + O2

SO3 + H2O H2SO4

Los óxidos de azufre acompañado de partículas en suspensión como el hollín en condiciones de

humedad y frio genera el smog sulfuroso, además de reaccionar con materiales calizos

produciendo detrimentos a infraestructuras.(Ortega 2014, p. 7)

Dióxido de Azufre

Gas incoloro de olor penetrante generado por la combustión de combustibles fósiles constituidos

por azufre los cuales mediante la actividad de catalizadores y factores como la temperatura,

humedad, intensidad de la luz, transporte atmosférico y las características superficiales, permite

se oxide. Su emisión se debe a la producción de calefacción doméstica, generación de electricidad

y movilización de vehículos a motor.(Organización Mundial de la Salud 2016)

El 67% de las emisiones provienen de las generadoras de energía y el 18% del sector industrial,

donde las emisiones mundiales de SO2 del sector transporte se estima en 2% y 6%.(University

College London y Andes 2013, p. 10)

14

El dióxido de azufre reacciona con los oxidantes producidos fotoquímicamente para formar

aerosoles de sulfato cuya prevalencia en la atmósfera genera un efecto de enfriamiento climático,

se lo relaciona netamente con el aumento de partículas de aerosol que dificulta la visibilidad

particularmente sulfato de amonio y bisulfito de amonio.(Grupo Consultivos de Expertos 2013, p. 8)

Normativa

La Organización Mundial de la Salud determinó los límites permisibles para el SO2 entre

20 µg/m3 para un lapso de 24 horas y de 500 µg/m3 en períodos promedio de 10

minutos.(Organización Mundial de la Salud 2016)

El Acuerdo Ministerial 097A Libro VI Anexo 4 Calidad del aire que norma la Calidad

del Aire Ambiente o Nivel de Inmisión, establece una concentración de SO2 de 125 µg/m3 en un

lapso de 24 horas, de 500 µg/m3 para un periodo de 10 minutos y de 60 µg/m3 para el promedio

aritmético de un año.

Efectos contaminantes del Dióxido de Azufre

El SO2 produce afecciones al sistema respiratorio y las funciones pulmonares, marcadas por tos,

secreción mucosa que puede conducir a un agravamiento de asma y bronquitis crónica. Mientras

mayor sea la concentración de dióxido de azufre mayor es la propensión adquirir infecciones

cardiopáticas y mortales generalmente cuando se alcanzan niveles elevados del gas.(Organización

Mundial de la Salud 2016)

Los efectos empeoran cuando existe la combinación de dióxido de azufre con partículas o con la

humedad del aire debido a que da lugar a la lluvia ácida generando destrucción de ecosistemas ,

de vida silvestre, clorosis, blanqueo o coloración amarillenta a las partes verdes de las hojas y

acidificación de las aguas superficiales.(Registro Estatal de Emisiones y Fuentes Contaminantes 2013)

Análisis de SO2

Existen varios métodos de análisis que pueden ser empleados para establecer la presencia de SO2

en aire, de los cuales se tiene:

Método colorimétrico de química húmeda de west and gaeke o de pararosanilina, que

15

involucra un análisis espectrofotométrico (Fluorescencia pulsante).(Instituto Nacional de Ecología

2017, p. 25)

Método del carbonato de sodio donde el SO2 es quimioabsorbido por un filtro que posee

carbonato potásico y glicerina, donde se oxida a iones sulfato y sulfito para su posterior análisis

por cromatografía iónica. (Gallego et al. 2012)

Método cuya captación consiste en una mezcla de trietanolamina/ glicol, donde el SO2

queda quimioadsorbido en la trietanolamina como iones sulfito y sulfato, requiere un análisis de

cromatografía iónica.(Gallego et al. 2012)

Fluorescencia por pulsos de luz ultravioleta (Método equivalente al EPA No.EQSA-

0486-060)(Secretaría de Ambiente 2015, p. 19)

Óxidos de nitrógeno

Gases constituidos por nitrógeno y oxigeno con facilidad de combinarse, son liberados a través

de las combustiones que liberan óxido nítrico el cual reacciona y se convierte fácilmente en

dióxido de nitrógeno.(Alatorre y Llanos 2014, p. 41)

Los óxidos de nitrógeno son promotores del smog fotoquímico y conjuntamente con el dióxido

de azufre producen la lluvia acida, con radicales libres permite la formación de ozono troposférico

y en la atmósfera reacciona con el monóxido de cloro dando lugar a la presencia de átomos de

cloro que destruyen la capa de ozono. El 55% de las emisiones en un sector urbano corresponden

al sector de transporte y el 22% a la generación energética. (University College London y Andes 2013, p.

10)

Figura1: Principales reacciones entre NO, NO2 y HNO3 en la atmósfera.

Fuente: (Manahan 2006, p. 416)

16

Dióxido de nitrógeno

Contaminante atmosférico peligroso debido a sus características tóxicas, irritantes y corrosivas,

cuya fuente de emisión principal constituye la combustión de hidrocarburos y la fabricación de

fertilizantes, difícil de controlar debido a que el aire que ingresa en los automotores está formado

por 78% de nitrógeno.(Ortega 2014, p. 7)

Experimenta una serie de reacciones fotoquímicas secundarias:

O+ O2 + M(Tercer cuerpo) O3 + M

2NO+ O2 2NO2

NO+ O3 NO2 + O2

NO2+ O3 NO3 + O2

O+ NO2 NO + O2

O+ NO2 + M NO3 + M

NO2+ NO3 N2O5

N2O5 + H2O HNO3

La química atmosférica de los óxidos de nitrógeno es muy compleja. La mayoría de las

combustiones producen monóxido de nitrógeno (NO) que, por procesos de oxidación da lugar al

dióxido de nitrógeno (NO2).(Ministerio de Agricultura 2013, p. 10) El ácido nítrico generado es

eliminado mediante precipitación generando lluvia ácida, corrosión de metales y rocas,

acidificación y eutrofización de suelos y aguas.(Ortega 2014, p. 7)

Normativa

La Organización Mundial de la Salud determinó los límites permisibles para el NO2 entre

40 µg/m3 de media anual y de 200 µg/m3 en períodos promedio de una hora.(Organización Mundial de

17

la Salud 2016)

El Acuerdo Ministerial 097A Libro VI Anexo 4 Calidad del aire que norma la Calidad

del Aire Ambiente o Nivel de Inmisión, establece una concentración de NO2 de 200 µg/m3 en un

lapso de una hora, de 150 µg/m3 para un periodo de 24 horas y de 40 µg/m3 para el promedio

aritmético de un año.

Efectos contaminantes del Dióxido de Nitrógeno

La interacción con el contaminante en mención puede generar efectos muy perjudiciales a la salud

humana, desde bronquitis en niños asmáticos tras exposiciones prolongadas hasta disminución

del desarrollo de la actividad pulmonar en ciudades que sobrepasan los límites

permisibles.(Organización Mundial de la Salud 2016). Una exposición a bajos niveles genera irritación

de ojos, nariz, garganta, tos, cansancio, náuseas e incluso acumulación de líquido en los pulmones

después de uno o dos días de exposición.(Agencia para sustancias tóxicas y registro de enfermedades 2016)

Análisis de NO2

Existen varios métodos de análisis que pueden ser empleados para establecer la presencia de

Dióxido de Nitrógeno en aire, de los cuales se tiene:

Método de quimioluminiscencia en fase acuosa.(Instituto Nacional de Ecología 2017, p. 25)

Método cuya captación consiste en impregnar un filtro con trietanolamina, yoduro sódico

e hidróxido sódico, donde queda quimioadsorbido en forma de nitritos, el mismo que es extraído

mediante agua desionizada y su posterior análisis por cromatografía iónica.(Gallego et al. 2012)

Análisis de las emisiones

Emisión

Distribución de materiales en la atmósfera por uno o varios focos localizados o difusos

denominada emisión primaria la cual a través de las transformaciones químicas que sufre genera

18

la designada emisión secundaria, que dependen de los factores meteorológicos y específicos de

los contaminantes.(Muñoz y Grau 2013)

Emisión de las combustiones fijas

Los productos de mayor relevancia dentro del análisis de combustiones fijas corresponden a los

óxidos de carbono, humo, óxidos de azufre y nitrógeno.

Emisión de las transportes

Los vehículos a motor que emplean hidrocarburos como combustible, corresponden una fuente

primordial de emisión de dióxido de carbono, monóxido de carbono, hidrocarburos poli

aromáticos, hidrocarburos ligeros, aldehídos, óxidos de nitrógeno, plomo y partículas en

suspensión. (Muñoz y Grau 2013)

Emisiones industriales

Aplicado a instituciones que comprenden procesos complejos dentro de su actividad productiva

con la finalidad de producir bienes o servicios a partir de procesos de combustión que generan la

emisión de óxidos de nitrógeno, óxidos de azufre, humos y otras sustancias implicadas en la

actividad. (Muñoz y Grau 2013)

Muestreo atmosférico

Proceso que consiste en la toma de muestras significativas de aire en puntos de interés por el

investigador empleando metodologías y técnicas específicas para muestrear, analizar y procesar

la concentración en la que se presenta cada uno de ellos en un tiempo determinado.(Martínez y

Romieu 2010, p. 25)

19

Importancia

La aplicación de procedimientos de muestreo atmosférico permite:

Establecer y formular estándares de la calidad del aire

Promover estudios epidemiológicos que relacionen los efectos de la concentración de los

contaminantes con los efectos generados sobre la salud.

Determinar tipos y fuentes de emisión de contaminantes del aire.

Implantar estrategias de control.

Desarrollar programas para el manejo, control y prevención de la contaminación atmosférica.

(Martínez y Romieu 2010, p. 25)

Tipos de Muestreo

Los muestreos aplicados para el análisis de la concentración de los contaminantes en el medio

son variados y se los emplea en función a lo que se desee analizar.

Muestreo a caudal constante

Muestreo en el cual se fija un caudal de muestreo a partir de conocer el tipo de contaminante, su

concentración, el tipo de emisión al que pertenece y el tiempo de muestreo. (Fernández 2016, p. 75)

Muestreo proporcional

Consiste en la toma de una muestra de proporción fija durante el tiempo de desarrollo del

muestreo para analizar las características de la emisión de gases y emisiones no constantes.

(Fernández 2016, p. 75)

20

Muestreo puntual

Proceso repetitivo de toma de una muestra individual durante un lapso de tiempo corto a fin de

establecer variaciones de concentración a lo largo del conducto de emisión. (Fernández 2016, p. 75)

Muestreo de partículas

Se desarrolla en condiciones isocinéticas, donde la velocidad en la boquilla de aspiración sea la

misma de los gases emitidos por la chimenea en el punto de muestreo. (Fernández 2016, p. 75)

Técnicas de muestreo

Muestreo pasivo

Técnica de muestreo basada en el principio de difusión y permeación de los gases, donde las

moléculas que desean ser analizadas presentes en el aire son captadas mediante el reactivo

presente en el interior del captador, se emplean exclusivamente para gases que se desee conocer

concentraciones promediadas en un lapso de tiempo prolongado.(Baraza, Castejón y Guardino 2016)

Una vez colectadas las muestras deben ser llevadas al laboratorio, donde tendrá lugar su desorción

para ser analizado cuantitativamente, los equipos que se emplean son conocidos como

muestreadores pasivos con formas y tamaños variados generalmente tubos o discos.(Instituto

Nacional de Ecología 2017, p. 17)

Muestreo activo

Emplea equipos que requieren energía eléctrica para bombear el aire de interés mediante un

colector físico o químico, permite obtener mediciones diarias promedio debido a la sensibilidad

elevada tras el análisis del volumen adicional de aire, se clasifican en burbujeadores (gases) e

impactadores (partículas).(Instituto Nacional de Ecología 2017, p. 18)

21

Analizadores o monitores automáticos

Procedimiento que proporciona mediciones de forma continua, automática y en tiempo real para

analizar contaminantes criterio y tóxicos, se clasifican en analizadores automáticos que analizan

gases contaminantes y monitores de partículas, faculta la detección de valores máximos de

concentración de contaminantes y situaciones de alerta que requieren la implementación de

medidas de contingencia. (Instituto Nacional de Ecología 2017, p. 18)

Sensores remotos

Basados en técnicas espectroscópicas que transmiten un haz de luz a la atmósfera a determinada

longitud de onda para medir la energía absorbida que faculta obtener mediciones integradas de

multicomponentes a lo largo de una trayectoria en tiempo real de los contaminantes favoreciendo

de esta manera la obtención de mapas tridimensionales de las concentraciones dentro de un área

específica en un lapso de tiempo. (Instituto Nacional de Ecología 2017, p. 19)

Bioindicadores

Implica el uso de especies vegetales como árboles y plantas que actúan como receptores de

contaminantes para monitorear la calidad del aire, mediante el aprovechamiento de la capacidad

acumuladora de contaminantes en los tejidos de la planta, estimación de los efectos de los

contaminantes en la información genética, apariencia de la planta y el empleo específico de

plantas como indicadores de calidad del aire. (Instituto Nacional de Ecología 2017, p. 17)

Tabla 1-5. Metodologías para el muestreo en el monitoreo atmosférico.

Metodología

Ventajas

Desventajas

Muestreo Pasivo

Bajo costo

Simplicidad de

operación

No requieren energía

No probado para todos los

contaminantes.

Proveen promedios

22

eléctrica semanales y mensuales.

No tienen exactitud

Requieren análisis de

laboratorio

Muestreo Activo

Bajo costo

Fáciles de operar.

Confiables en operación

y funcionamiento.

Historia de bases de

datos

No proporcionan valores

mínimos y máximos, solo

promedios.

Trabajo intensivo

Requieren análisis de

laboratorio

Monitoreos

automáticos

Proporcionan valores

mínimos y máximos

Alta resolución

Establece situaciones de

alerta.

Información en tiempo

real

Operación compleja

Costo elevado de adquisición

Requiere técnicos calificados

Mantenimiento y calibración

constantes.

Sensores

Remotos

Valores en tiempo real

Alta resolución.

Útiles cerca de fuentes y

para mediciones

verticales en la

atmosfera.

Mediciones de

multicomponentes

Muy complejos y costosos.

Difíciles de operar, calibrar y

validar.

No son siempre comparables

con loas analizadores

convencionales.

Bioindicadores

Baratos.

Útiles para identificar

la presencia de algunos

contaminantes.

Problemas de

estandarización de sus

metodologías

Algunos requieren análisis

de laboratorio.

Fuente: Cueva, P basada en (Instituto Nacional de Ecología 2017, p. 17,18,19)

23

Métodos de medida en función al tipo de muestreo

Se distinguen tres tipos de métodos de medida:

Métodos extractivos

Métodos llevados a cabo fuera del foco emisor donde la muestra debe permanecer en condiciones

físico-químicas adecuadas que eviten su desvirtuaciòn hasta su análisis posterior en el

laboratorio. (Fernández 2016). Podemos contar con los siguientes colectores de muestra:

o Bolsas especiales para la recogida de aire

Colector sencillo que permite establecer la concentración de los contaminantes en ppm,

generalmente cuando existe CO, N20, H2S , CFC, etc o cuando se desconoce la composición de

gases analizar, consiste en el uso de una bolsa inerte de plástico o teflón, flexible, aluminizada de

capacidad variable cuyo llenado puede desarrollarse de forma manual o empleando una

bomba.(Baraza, Castejón y Guardino 2016)

o Borboteadores

Se emplea un volumen de agua o un disolvente apropiado conocido a través del cual se hace

burbujear un volumen de aire dentro de un impigner donde el gas queda disuelto. Son empleados

para la toma de muestras de gases, vapores y aereosoles líquidos. (Baraza, Castejón y Guardino 2016)

o Sorbentes sólidos

Colector sólido de vidrio en cuyo interior presenta materiales sólidos impregnados con algún

reactivo donde el volumen de gas que se hace pasar queda adsorbido en su interior, se emplea

carbón activado, gel de sílice, alúmina, polímeros porosos, tamices moleculares, resinas de

intercambio iónico especiales, etc.

24

El tubo empleado presenta dos secciones de adsorbente, la frontal con doble cantidad de

adsorbente por donde ingresa el gas y queda retenida la muestra y el posterior por donde sale y se

almacena todo el gas que no haya quedado retenido. (Baraza, Castejón y Guardino 2016)

o Filtros para partículas

Método sencillo, práctico y cómodo por el cual se hace pasar el aire contaminado a través de un

filtro que es colocado dentro de un portafiltros, empleado en términos generales para el análisis

de material particulado, polvos, nieblas, humos o fibras debido a que permite retener los

contaminantes en su interior mediante el uso de reactivos específicos para cada sustancia. Su

rendimiento se ve afectado por la distribución de la partícula, las corrientes de aire y la densidad

de las partículas. (Baraza, Castejón y Guardino 2016)

Métodos de muestreo in - situ

Método más empleado, que permite desarrollar el muestreo continuamente y en tiempo real de

los principales contaminantes con menor sensibilidad y selectividad que los extractivos. (Martínez

y Díaz 2004, p. 92)

Sistemas de teledetección

Método que se fundamenta en la detección de la contaminación a distancia en el cual no existe

muestreo, favorecen la posibilidad de hacer medidas en lugares inaccesibles o de grandes

zonas. (Martínez y Díaz 2004, p. 92)

Toma de muestras

El muestreo de gases constituye un proceso que depende del tipo de contaminante, el origen, la

concentración y la presencia de impurezas. (Fernández 2016, p. 76)

25

Métodos extractivos

a) Toma de muestra manual o instantánea: Se colecta la muestra en periodos cortos

obteniendo un volumen pequeño del mismo, se pueden analizar mediante técnicas

analíticas de laboratorio y tubos de reacción, los cuales son de vidrio y presentan en su

interior sustancias específicas que reaccionan con el contaminante generando una

indicación coloreada proporcional a la concentración del contaminante presente en el

punto de emisión. (Fernández 2016, p. 76)

b) Toma de muestra manual acumulativa: La colección de la muestra es en lapsos amplios

de tiempo, generando grandes volúmenes, la muestra pasa a través de un recipiente que

contiene una sustancia capaz de retener el contaminante analizado, puede ser estudiado

mediante :

Método de absorción: Método más empleado donde los contaminantes reaccionan con las

sustancia sorbente, retenidos por disolución o reacción química que genera cambios

analizados mediante técnicas analíticas. (Fernández 2016, p. 76)

Método de adsorción: Empleados en contaminantes orgánicos presentes en

concentraciones bajas, los cuales quedan retenidos en una sustancia sólida donde debe

controlarse la temperatura del gas, caudal de aspiración, cantidad adsorbente y tiempo de

muestreo. (Fernández 2016, p. 77)

Método de condensación y congelación: Consiste en pasar la muestra de aire a través de

recipientes en los cuales se reduce progresivamente la temperatura donde los

contaminantes quedan retenidos por condensación, sin ser alterados hasta su análisis

posterior en el laboratorio. (Fernández 2016, p. 77)

Métodos no extractivos

Efectuado in situ mediante la aplicación de métodos instrumentales o a distancia dentro de la

chimenea. (Fernández 2016, p. 77)

26

CAPITULO II

2. MARCO METODOLÓGICO

Tipo y Diseño de Investigación

Tipo de Investigación

Aplicada

Nivel

Predictivo

Diseño de la Investigación

Factorial, Diseño de componentes principales.

Técnicas e instrumentos de recogida de datos

Observación

Inventario

Técnicas de tabulación de datos:

27

Reducción de dimensiones

Predicción

Lógica del estudio

Lugar de estudio

Guayaquil constituye la ciudad más poblada y más grande del país además de ser un importante

centro de comercio con influencia nacional en el ámbito comercial, económico, político, cultural y

de entretenimiento.

La ubicación geográfica en la cual se extiende, faculta el desarrollo de un sin número de

actividades productivas que generan descargas, vertidos y emisiones de contaminantes que alteran

la calidad de vida de los seres humanos aledaños.

Vía a la Costa es una ruta de gran afluencia vehicula que conecta al Ecuador con diversos puntos

de la Costa Ecuatoriana, en sus alrededores se desarrollan varias actividades residenciales,

escolares, recreacionales, industriales y manufactureras, por lo cual se convierte en una zona

estratégica de estudio para establecer la presencia y afección de SO2 y NO2.

28

Figura 2-1 Vía a la Costa, Guayaquil

Fuente: Google Earth ®, 2017

Monitoreo

Establecimiento y georreferenciación de los puntos de monitoreo

Una vez analizada el área de estudio al constituirse una ruta de elevada afluencia vehicular se

fijó a criterio técnico de 20 puntos de muestreo ubicados a lo largo de Vía a la Costa a partir de

Jardines del Salado hasta 2 km posteriores al Parque El lago.

Para establecer cada punto de muestreo se tomó en cuenta la cercanía a fuentes de emisión de

contaminantes atmosféricos, la afluencia vehicular, la distribución poblacional y la infraestructura

óptima y libre de obstáculos que faculte la colocación de los muestreadores.

Para su georreferenciación se empleó Google Earth que faculta obtener las coordenadas de cada

uno de los puntos de estudio colocados a 1 km de separación entre cada uno de ellos

relacionándolos con las fotografiadas tomadas durante el reconocimiento del lugar y los apuntes

con los lugares de referencia de cada estación de monitoreo.

29

En la tabla se detalla las coordenadas de ubicación de los puntos en Vía a la Costa perteneciente

a la ciudad de Guayaquil.

Tabla 2-1 Georreferenciación de los puntos de monitoreo de NO2 y SO2 en Vía a

la Costa - Guayaquil

PUNTOS DE

MONITOREO COORDENADA ESTE COORDENADA SUR

P1 617421.00 m E 9758063.00 m S

P2 616813,00 m E 9758163.00 m S

P3 615837.00 m E 9758223.00 m S

P4 614593.00 m E 9758403.00 m S

P5 613684.00 m E 9758553.00 m S

P6 612375.00 m E 9758738.00 m S

P7 611258.00 m E 9758610.00 m S

P8 610178.00 m E 9758418.00 m S

P9 609159.00 m E 9758221.00 m S

P10 607997.00 m E 9758071.00 m S

P11 607066.00 m E 9758891.00 m S

P12 605526.00 m E 9757638.00 m S

P13 604826.00 m E 9757149.00 m S

P14 604054.00 m E 9756496.00 m S

P15 603225.00 m E 9755809.00 m S

P16 602321.00 m E 9755081.00 m S

P17 601586.00 m E 9754610.00 m S

P18 600628.00 m E 9753977.00 m S

P19 600135.00 m E 9753265.00 m S

P20 599284.00 m E 9753122.00 m S

Realizado por: Cueva, P, 2017

Fuente: Google Earth ®, 2017

30

Figura 2-2 Puntos de monitoreo de NO2 y SO2 en Vía a la Costa de la ciudad de

Guayaquil

Fuente: Google Earth ®,2017

Parámetros ambientales a tomar en cuenta.

Para desarrollar el estudio de NO2 y SO2 fue necesario contar con los parámetros ambientales de

presión, temperatura, porcentaje de humedad, grado de radiación, velocidad y dirección del viento

del lugar, mismos que fueron otorgados por el Instituto Nacional de Meteorología e Hidrología

(INAMHI) procedentes de la estación SONGA localizada en el Sur de Guayaquil la con

coordenadas UTM 17M 0626963 m Sur 09747165 m Oeste.

Preparación de reactivos para el estudio de NO2 en aire.

Materiales

Materiales de campo

Tubos pasivos de NO2.

31

Gradilla.

Cooler.

Cinta de embalaje.

Escalera.

Flexòmetro.

Materiales de laboratorio.

Equipos

o Espectrofotómetro UV- Visible

o Balanza analítica:

Sustancias y reactivos

o Agua destilada

o Trietanolamina.

o N-butanol.

o Ácido sulfanìlico.

o Ácido acético.

o N-1 naftilendiamina (NEDA).

32

o Nitrito de sodio grado QP

Solución captadora de NO2

Para la preparación de la solución captadora de NO2 es necesario disolver 15 g de trietanolamina

en 500 ml de agua destilada, incorporar 3g de N-butanol, mezclar homogéneamente y aforar con

agua destilada hasta alcanzar un volumen de 1000 ml. La solución es estable por dos meses si se

mantiene en refrigeración y en recipiente ámbar. (Manrique y Ossa 2010, p. 25)

Solución patrón

Se diluye 1,5 g de nitrito de sodio de grado analítico en 1000 ml de agua destilada. La solución

contiene ¨1000 mg NO2 en 1000 ml lo que equivale a 1 mg de NO2 /ml ¨.(Agencia Suiza para el

Desarrollo y la Cooperación 2001, p. 49)

Solución Stock de nitrito

Disolver en 10 ml de la solución anterior en 250 ml de agua destilada, lo que da una concentración

de 40 µg de nitrito/ml, mantener la solución refrigerada y en recipiente oscuro.(Agencia Suiza para

el Desarrollo y la Cooperación 2001, p. 49)

Preparación del reactivo de Griess

Solución A: Disolver 3,2 g de ácido sulfanílico en 400 ml de ácido acético 5N.

Solución B: Disolver 2 g de NEDA en 400 ml de ácido acético 5N.(Doval 2009, p. 32)

Preparación de reactivos para el estudio de SO2 en aire.

33

Materiales

Materiales de campo

Tubos pasivos de SO2.

Gradilla.

Cooler

Cinta de embalaje

Escalera

Flexòmetro.

Materiales de laboratorio.

Equipos

o Espectrofotómetro UV- Visible

o Balanza analítica:

Sustancias y reactivos

o Cloruro de mercurio

34

o Cloruro de sodio.

o Sal disódica dihidratada del ácido etilendiaminotetracético (EDTA)

o Ácido fosfórico.

o Clorhidrato de pararosanilina.

o Formaldehido.

o Ácido sulfámico.

o Bisulfito de sodio.

o Yodo.

o Yoduro de potasio.

o Cloruro de mercurio II.

o Yoduro de mercurio.

o Ácido clorhídrico.

o Tiosulfato de sodio pentahidratado.

o Carbonato de sodio.

Solución captadora de SO2

La solución de absorción (TCM) para establecer la presencia de SO2 en el aire circundante

requiere la disolución de 10,9 g de cloruro de mercurio, 4,7 g de cloruro de sodio y 0,07 g de sal

disódica dihidratada del ácido etilendiaminotetracético (EDTA) en un recipiente volumétrico con

aforo de 1000 ml. La solución es estable si se almacena en un recipiente sellado

adecuadamente.(Manrique y Ossa 2010, p. 22)

35

Solución de clorhidrato de pararosanilina

Aforar un recipiente de 1000 ml con agua destilada previa la incorporación de 86 ml de ácido

clorhídrico al 38%.(Manrique y Ossa 2010, p. 23)

Transferir 205 ml de ácido fosfórico al 85% y aforar en un recipiente volumétrico de 1000 ml,

mezclar homogéneamente.(Manrique y Ossa 2010, p. 23)

Disolver 0,2 g de clorhidrato de pararosanilina de pureza ensayada en 100 ml de la solución de

ácido clorhídrico.(Manrique y Ossa 2010, p. 23)

Tomar 20 ml de la solución anterior, incorporar 25 ml de la solución de ácido fosfórico, mezclar

homogéneamente y llevar a un recipiente aforado de 250 ml de agua destilada. Mantener en un

área protegida de la luz.(Manrique y Ossa 2010, p. 23)

Solución de formaldehido

Incorporar a un recipiente de 1000 ml de agua destilada 5 ml de solución de formaldehido al

38%.Preparar la solución el día a emplear.(Manrique y Ossa 2010, p. 23)

Solución de ácido sulfámico

Disolver 0,6 g de ácido sulfámico en 100 ml de agua destilada, mantener protegida del

aire.(Manrique y Ossa 2010, p. 24)

Solución de disulfito de sodio

Incorporar 0,3 g de bisulfito de sodio a 500 ml de agua destilada desairada. ¨ Esta solución

contiene la masa equivalente de 320 a 400 µg de dióxido de azufre por mililitro ¨. (Manrique y

Ossa 2010, p. 24)

Añadir 2 ml de la solución anterior y llevar a un aforo de 100 ml con solución de absorción. La

estabilidad de la reacción es de un mes en refrigeración.(Manrique y Ossa 2010, p. 24)

Captadores pasivos

36

Elaboración de los captadores pasivos para NO2 y SO2

Los captadores pasivos empleados para el monitoreo de NO2 y SO2, consistieron en tubos de

vidrio de análisis químico con capacidad de 10 ml en cuyo interior se colocó un volumen de 3,5

ml de la solución captadora específica de TCM para SO2 y de Trietanolamina para SO2 y NO2

cada ocho días.

Al establecerse dos contaminantes gaseosos para el monitoreo fue necesario emplear etiquetas

diferenciadas de los muestreadores en la cual se estableció el número de monitoreo que

corresponde, el tipo de contaminante atmosférico y el punto de muestreo al que pertenece.

Colocación de muestreadores en los puntos de monitoreo.

Los muestreadores se colocaron a 2, 5m sobre el nivel del suelo, a fin de favorecer una estrecha

relación de la solución captadora de NO2 y SO2 con el aire circundante.

La colocación de los mismo se efectuó cada lunes a partir del 14 de Noviembre del 2016 hasta el

2 de Enero del 2017, con un lapso final de monitoreo de dos meses.

Exposición de NO2 y SO2.

Para activar el sistema de muestreo pasivo es necesario retirar el tapón que cubre la solución

presente en el tubo y dejarle expuesta por el lapso descrito.

Transporte y conservación de los captadores pasivos de NO2 y SO2

37

Para el transporte de los captadores pasivos desde el lugar de elaboración hasta los puntos de

muestreo una vez alcanzado el tiempo de exposición y viceversa, se empleó un cooler en cuyo

interior se colocaba hielo y sílica gel a fin de conservar las muestras hasta su lugar de análisis.

Análisis muestreal

Lugar de análisis

El análisis de datos se desarrolló en el Laboratorio de Instrumental de la Facultad de Ciencias de

la Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, localizada en la ciudad de Riobamba,

Panamericana Sur km 1 ½, con coordenadas UTM 17M 763354,00 m Este 9862553.33 m Sur

2537 msnm.

Procedimiento previo

Barrido espectral

Configurara el espectrofotómetro UV-Visible en el rango a realizar el barrido, preparar el blanco

y colocarlo en el equipo hasta obtener una lectura igual a cero, seguidamente colocar la muestra

coloreada y hacer la lectura respectiva que permitirá estipular la longitud de onda adecuada y la

máxima absorción de radiación electromagnética con que el equipo permitirá trabajar para el

respectivo contaminante gaseoso en análisis.

Obtención de curvas de calibración

Curva de calibración de NO2

38

Preparación de la solución madre

Incorporar 3 ml de la solución Stock de nitrito, 7 ml de solución absorbente, 1 ml de peróxido de

hidrógeno, 10 ml de solución A y 1 ml de solución B preparada en 1.6.4, aforar con agua destilada

en un balón de 25 ml.(Manrique y Ossa 2010, p. 32)

Análisis espectrofotométrico de las diluciones de la solución madre.

Colocar volúmenes de 1, 2, 3, 4, 5, 6 y 7 ml de la solución madre en matraces de 25 ml y aforar

con agua destilada respectivamente.

Obtención de la masa total (mT ) de las soluciones patrón de NO2.

𝑚𝑇 = 𝐶𝑇 (µ𝑔

𝑚𝑙) ∗ 𝑉𝑠(𝑚𝑙) (Ecuación 2-1)

Donde:

CT : Concentración conocida de NO2 en la disolución estándar.

Vs : Volumen total de la disolución estándar añadido.

Estimación de la concentración (CT) de las soluciones patrón de NO2.

𝐶𝑇 (µ𝑔

𝑚𝑙) =

𝑚𝑇(µ𝑔)

𝑉𝑥(𝑚𝑙) (Ecuación 2-2)

Vx (ml) = V (ml) + VS (ml)

Donde:

mT: Masa total en el tubo

Vx: Volumen total de la disolución en el tubo.

V: Volumen de reactivos de color para la extracción.

Elaboración de la curva de calibración de NO2

39

Con los datos conocidos de absorbancia y el valor de masa y concentración de las disoluciones

patrón, construir la curva y aplicar regresión lineal a fin de obtener la ecuación de la recta que

faculte estimar la concentración del contaminante presente en las muestras.

Tabla 2-2 Datos de concentración y absorbancia triplicada del análisis de las disoluciones

patrón de NO2

CONCENTRACIÓN TUBO

(µg/ml)

ABSORBANCIA

R1 R2 R3 PROMEDIO

0 0 0 0 0,000

0,2469 0,003 0,003 0,003 0,356

0,4938 0,017 0,022 0,023 0,713

0,7407 0,04 0,04 0,039 1,017

0,987 0,044 0,054 0,053 1,426

1,234 0,076 0,078 0,08 1,783

1,481 0,091 0,095 0,099 2,140


Curva de calibración de SO2.

Preparación de la solución madre

Colocar 3 ml de Disulfito- TCM, 7ml de solución de absorción, 1ml de ácido sulfámico, 2 ml de

formaldehido, 5 ml de pararosanilina y aforar con agua destilada hasta alcanzar un volumen de

25 ml.(Manrique y Ossa 2010, p. 27)

Análisis espectrofotométrico de las diluciones de la solución madre

Tomar de la solución madre volúmenes de 0,5, 1, 1,5, 2, 2, 5, 3 y 3,5 ml y aforarlos en matraces

de 25 ml con agua destilada respectivamente.

Elaboración de la curva de calibración de SO2.

40

Con los datos conocidos de absorbancia y el valor de las disoluciones patrón, construir la curva

y aplicar regresión lineal a fin de obtener la ecuación de la recta que faculte estimar la

concentración del contaminante presente en las muestras.

Obtención de la masa total (mT) de las soluciones patrón de SO2.

𝑚𝑇 = 𝐶𝑇 (µ𝑔

𝑚𝑙) ∗ 𝑉𝑠(𝑚𝑙) (Ecuación 2-3)

Donde:

CT : Concentración conocida de NO2 y SO2 en la disolución estándar.

Vs : Volumen total de la disolución estándar añadido.

Estimación de la concentración (CT) de las soluciones patrón de SO2.

𝐶𝑇 (µ𝑔

𝑚𝑙) =

𝑚𝑇(µ𝑔)

𝑉𝑥(𝑚𝑙) (Ecuación 2-4)

Vx (ml) = V (ml) + VS (ml)

Donde:

mT: Masa total en el tubo

Vx: Volumen total de la disolución en el tubo.

V: Volumen de reactivos de color para la extracción.

Tabla 2-3 Datos de concentración y absorbancia triplicada del análisis de las disoluciones patrón

de SO2

CONCENTRACIÓN TUBO

(µg/ml)

ABSORBANCIA

R1 R2 R3 PROMEDIO

0 0 0 0 0,000

0,1639 0,236 0,229 0,233 0,236

0,3278 0,471 0,469 0,470 0,472

0,4918 0,7081 0,7079 0,7079 0,7081

0,6557 0,942 0,939 0,945 0,944

0,8196 1,1789 1,1795 1,1799 1,1799

41

0,9836 1,4509 1,4419 1,4515 1,4519

1,147 1,649 1,653 1,648 1,651


Análisis de muestras de NO2

Método colorimétrico

Agregar a la muestra de análisis dos gotas de cada una de las soluciones preparadas en 1.6.4

correspondientes al reactivo de Griess, esperar 10 minutos y proceder a la lectura de absorbancia.

Análisis espectrofotométrico

Tomar una porción representativa de la muestra que adquirido la coloración respectiva y colocarla

en la celda de cuarzo para su análisis en el espectrofotómetro UV-visible a la longitud de onda

establecida en el barrido espectral (529 nm), a fin de obtener el valor de absorbancia. En la tabla

2-2 se detallan las absorbancias obtenidas de las muestras, mismas que fueron triplicadas cada

10 segundos a fin de otorgar mayor consistencia a los resultados.

Estimación de la concentración y masa de NO2 recogida en cada captador.

Una vez obtenida la curva de calibración aplicamos la ecuación de la recta, que faculta la

obtención de la concentración de las muestras expuestas en el monitoreo.

y= b+m.CA (Ecuación 2-5)

Dónde:

b : Es la ordenada en el origen (intersección de la recta en el eje de ordenadas)

m: Es la pendiente de la recta

CA: Es la concentración del analito, representado en el eje de abscisas

y : Es la señal medida

Aplicando la ecuación de la recta obtenida y despejando CA, tenemos para el NO2 la siguiente

expresión:

42

y = 1,4475x - 0, 0091

𝐶𝐴 =𝑦 + 𝑏

𝑚

𝐶𝐴 =𝑦 + 0.0091

1,4475 (Ecuación 2-6)

A partir de la concentration obtenida en cada muestra, calculamos la masa de NO2 mediante la

siguiente expression:

m (µ𝑔) = CA (µ𝑔

𝑚𝑙).V (ml) (Ecuación 2-7)

Donde:

m (µg): Masa recogida por cada captador

CA (µg

ml): Concentración en el tubo según la curva de calibración.

V (ml): Volumen de reactivos de color vertidos en cada tubo para la extracción.

Análisis de muestras de SO2

Estandarización de tiosulfato

Tomar 25ml de solución de yodato de potasio y transferirlo a un recipiente de 500 ml de yodo,

incorporar 1g de yoduro de potasio y 10 ml de ácido clorhídrico, después de cinco minutos titular

con solución de tiosulfato de sodio de partida hasta obtener una coloración amarilla pálida a la

que se le incorpora 2 ml del indicador de almidón y se titula nuevamente hasta que la coloración

azul desaparezca. Repetir el procedimiento de titulación con el blanco.(Manrique y Ossa 2010, p. 3)

Método colorimétrico

Agregar a la muestra de análisis 0,2 ml de ácido sulfámico, 0,2ml de la solución de formaldehido

y 0,4 ml de la solución de pararosanilina, dejar reposar durante 30 a 60 minutos y proceder a

desarrollar su análisis.(Manrique y Ossa 2010, p. 27)

43

Análisis espectrofotométrico

Tomar una porción representativa de la muestra que adquirido la coloración respectiva y

colocarla en la celda de cuarzo para su lectura en el espectrofotómetro UV-visible a una longitud

de onda de 540 nm a fin de obtener el valor de absorbancia. En la tabla 3-2se detallan las

absorbancias obtenidas de las muestras, mismas que fueron triplicadas cada 10 segundos a fin de

otorgar mayor consistencia a los resultados.

Cálculo de la concentración y masa de SO2 recogida en cada captador.

Una vez obtenida la curva de calibración aplicamos la ecuación de la recta (Ecuación 2-2), que

faculta la obtención de la concentración de las muestras expuestas en el monitoreo.

Aplicando la ecuación de la recta obtenida y despejando CA, tenemos para el SO2 la siguiente

expresión:

y = 1,4525x - 0, 0029

𝐶𝐴 =𝑦 + 𝑏

𝑚

𝐶𝐴 =𝑦+ 0.029

1,4525 (Ecuación 2-8)

A partir de la concentración obtenida en cada muestra, calculamos la masa de SO2 mediante la

(Ecuación 2-7).

Cálculo de la concentración ambiental de NO2 y SO2.

𝐶 =𝑚.𝑙

𝐷12.𝐴.𝑡 (Ecuación 2-9)

Donde:

C: Concentración ambiente medida (µg/m3)

m: Cantidad del gas absorbido durante la exposición (µg)

44

A: A: Área transversal del tubo cilíndrico (m2)

t: Tiempo de exposición (s)

L: Longitud del tubo cilíndrico (m)

D12: Coeficiente de difusión molecular de NO296K): (106+- 37 torrcm2 /s): 0,0000139 m2/s

D12SO2 (1 atm – 296K): (94+- 13 torrcm2 /s): 0,0000123 m2/s (Tang, Cox y Kalberer 2014, p.

9239)

Corrección de la concentración ambiental de acuerdo a las condiciones de la

localidad.

Para cuantificar la concentración ambiental de acuerdo al medio en que se desarrolló la medición,

es necesario aplicar la ecuación descrita en el Acuerdo Ministerial 097A Libro VI Anexo 4

Calidad del aire, para lo cual se utiliza la siguiente relación:

𝐶𝑐 (µ𝑔

𝑚3) = 𝐶𝑜 ∗760 𝑚𝑚𝐻𝑔

𝑃𝑏𝑙 𝑚𝑚𝐻𝑔∗

(273+𝑡 °𝐶)

298 𝐾 (Ecuación 2-10)

Donde:

Cc: Concentración corregida en (µg/m3)

Co: Concentración observada en (µg/m3)

Pbl: presión atmosférica local en milímetros de mercurio.

t°C : Temperatura local en grados centígrados.

Aplicación de software

Almacenamiento de información

La información obtenida durante el desarrollo del presente trabajo fue recopilada en un

documento Excel en el cual constan los puntos de muestreo con sus respectivas coordenadas; los

45

valores de masa, concentración y parámetros meteorológicos relacionados con el tiempo de

estudio fueron almacenados en una hoja de trabajo que favoreció el análisis estadístico.

Análisis estadístico empleando el software SPSS.

Una vez obtenidos los parámetros de interés para el desarrollo del estudio fue indispensable

utilizar el software SPSS a fin de relacionar la concentración presente de los gases con la presión,

temperatura, porcentaje de humedad, radiación solar, velocidad y dirección del viento.

Razón por la cual se ejecutó un Diseño de componentes principales el cual tiene como finalidad

reducir los parámetros uniéndolos y convirtiéndolos en componentes que expliquen la

característica del fenómeno de estudio.

A fin de estimar la tendencia futura de las emisiones de SO2 y NO2 se desarrolló además un

análisis predictivo de su concentración.

Mapa de concentración utilizando ArcMap

A partir de las concentraciones registradas en las estaciones de monitoreo para los dos

contaminantes en estudio se realizaron mapas de dispersión que permitan conocer el

comportamiento de los mismos de una estación a otra, por lo cual fue necesario usar el software

ArcMap 10.3, partiendo de la generación de una base de datos en Excel donde se almacenó el

nombre de las estaciones de monitoreo y las coordenadas UTM en X y Y, mismas que fueron

proyectadas en el software generando un shapefile de puntos para el NO2 y SO2.

Se seleccionó la herramienta GeostatisticalAnalyst que otorga la estructura cartográfica al área

de estudio y dentro de esta opción se escogió Geostatistical Wizard que faculta ingresar la

información para ejecutar el modelo, tras desplegar la ventana en mención se seleccionó Kriging-

Cokriging como método de interpolación donde es necesario configurar los siguientes parámetros.

46

Source Dataset. Seleccionamos el shapefile de puntos que contiene la información de los

gases contaminantes.

Data Field. Seleccionamos la columna que contiene las concentraciones.

En la ventana siguiente seleccionamos Kriging Type – Ordinary – Prediction como tipo de

interpolación para el estudio de los contaminantes y finalmente el resultado es una imagen raster

que contiene la información de la dispersión de los contaminantes.

Se realizó la edición final de la misma de acuerdo al área de estudio establecida y se configuro la

presentación final con los datos geográficos de la misma.

47

CAPITULO III

3. MARCO DE RESULTADOS, DISCUSIÓN Y ANÁLISIS DE RESULTADOS

Concentración ambiental y corrección de acuerdo a las condiciones de la

localidad.

Tras aplicar la ecuación 2-6, 2-8, 2-9 y 2-10 se establecieron los valores de concentración

ambiental y su corrección en función a las condiciones ambientales del lugar de estudio que

faculta describir la calidad del aire del sector en función a la presencia de SO2 y NO2

Las tablas contiguas puntualizan los resultados obtenidos, donde se aprecia que los valores de

concentración de SO2 y NO2 no son elevados y se encuentran dentro de los límites permisibles

establecidos en el Acuerdo Ministerial 097A Libro VI Anexo 4 Calidad del aire

Tabla 3-1 Concentraciones obtenidas para el NO2

Punto de

muestreo

Promedio ambiente

corregida (µg/m3)

Máxima ambiente

corregida (µg/m3)

N1 6,024 10,611

N2 13,251 46,731

N3 11,024 41,061

N4 12,022 10,821

N5 15,165 17,924

N6 10,732 8,598

N7 16,128 24,792

N8 6,431 17,755

N9 7,563 10,734

48

N10 7,063 10,413

N11 9,013 20,355

N12 8,063 16,501

N13 20,818 64,346

N14 23,966 75,649

N15 11,628 17,541

N16 9,091 20,188

N17 9,010 17,124

N18 8,377 18,688

N19 8,870 16,528

N20 4,970 7,128


Tabla 3-2 Concentraciones obtenidas para el SO2.

Punto de

muestreo

Promedio

ambiente

corregida (µg/m3)

Máxima ambiente

corregida (µg/m3)

S1 3,760 9,266

S2 4,951 12,001

S3 2,395 3,722

S4 5,499 14,149

S5 3,769 7,302

S6 2,222 3,704

S7 6,825 16,295

S8 3,626 8,651

S9 3,473 10,710

S10 6,988 30,389

S11 7,765 36,013

S12 4,725 8,983

S13 6,671 21,270

S14 2,379 7,169

S15 1,876 3,559

S16 2,452 4,527

S17 3,081 7,007

49

S18 3,001 6,095

S19 3,378 6,072

S20 4,355 17,328

Real izado por: Cueva, P, 2017

Variación de concentración durante el muestreo

Dióxido de Nitrógeno

A continuación se detalla la concentración máxima de NO2 alcanzada en los 20 puntos de estudio

durante 8 semanas, citados en la Tabla 3-1, los resultados obtenidos son similares a los alcanzados

por (Calisaya 2012, p.42) en el desarrollo de su tema: “CONSTRUCCIÓN Y VALIDACIÓN DE

DISPOSITIVOS PARA EL MONITOREO PASIVO DE DIÓXIDO DE NITRÓGENO ( NO2 )

Y DIÓXIDO DE AZUFRE ( SO2 ) EN LA CIUDAD DE AREQUIPA – PERÚ ¨, donde se

aprecian concentraciones similares durante los meses de noviembre, diciembre y enero, lapso en

el cual se desarrolló el monitoreo.

Gráfico 3-1 Concentración Máxima Semanal de NO2 (µg/m³)


En el gráfico 3-1 se puede visualizar que en los puntos 13 y 14 se obtienen valores elevados que

no superan los límites establecidos por el Acuerdo Ministerial 097A Libro VI Anexo 4 Calidad

del aire, coincidiendo con los resultados desarrollados por (De la Cruz et al. 2011, p. 5) cuya

10

,61

1

46

,73

1

41

,06

1

10

,82

1

17

,92

4

8,5

98

24

,79

2

17

,75

5

10

,73

4

10

,41

3

20

,35

5

16

,50

1

64

,34

6

75

,64

9

17

,54

1

20

,18

8

17

,12

4

18

,68

8

16

,52

8

7,1

28

CONCENTRACIÓN MÁXIMA SEMANAL NO 2 (ug/m 3)

Punto 1 Punto 2 Punto 3 Punto 4 Punto 5 Punto 6 Punto 7


Punto 15 Punto 16 Punto 17 Punto 18 Punto 19 Punto 20

50

investigación fue ¨La dispersión atmosférica de contaminantes en una zona industrial de Cuba¨,

donde las concentraciones de NO2 no superaron las referencias citadas en su trabajo, asumiendo

mencionado resultado a un corto lapso de muestreo que dificulta obtener mayor cantidad de datos

que permitan establecer si la concentración presente sufre variación en el tiempo acorde con la

realidad del sector .

Gráfico 3-2 Concentración Promedio Semanal de NO2 (µg/m³), semana 1.


En el gráfico 3-2, se observa la concentración promedio semanal alcanzada durante la semana 1

correspondiente del 11 al 20 de noviembre del 2016 donde se observa una concentración

representativa en el punto 14 con un valor de 34,67 (µg/m³) esto debido a que constituye un punto

cercano a la empresa HOLCIM. SA donde existe entrada y salida frecuente de vehículos,

resultado respaldado con los obtenidos por (Calisaya 2012, p.51) donde asume la alta

concentración a las emisiones generadas por los vehículos. El punto de menor concentración

constituye el punto 18 con un valor igual a 3,478 (µg/m³) esto debido a que se encuentra localizado

cercano a la entrada del Parque El Lago donde se asume existió poca afluencia vehicular y no se

presencia actividad industrial aparente en el sector a comparación del punto 14.

0,000

10,000

20,000

30,000

40,000

SEMANA 1

CONCENTRACIÓN PROMEDIO SEMANAL DE NO2 (µg/m³)

Punto 1 Punto 2 Punto 3 Punto 4 Punto 5 Punto 6 Punto 7 Punto 8 Punto 9 Punto 10


51



En el gráfico 3-3, la Concentración promedio semanal alcanzada durante la semana 2

correspondiente del 21 al 27 de noviembre del 2016, se observa una concentración representativa

en el punto 6 con un valor de 37,18 (µg/m³) y el punto 7 igual a 34,63 (µg/m³) esto debido a que

constituyen puntos donde existen urbanizaciones de gran extensión que demandan el uso de

vehículos generando mayor afluencia, mencionado resultado concuerda con el obtenido por

(Calisaya 2012, p.51) donde a través de su estudio establece que la presencia de NO2 se debe a

las emisiones generadas por los automotores. El punto de menor concentración constituye el punto

20 con un valor igual a 3,56 (µg/m³) debido a que se encuentra localizado en un punto con poca

afluencia vehicular a comparación del punto 6 y 7.



0,000

10,000

20,000

30,000

40,000

SEMANA 2




0,000

5,000

10,000

15,000

20,000

SEMANA 3




52

La Concentración promedio semanal alcanzada durante la semana 3 correspondiente del 28 de

noviembre al 04 de Diciembre del 2016 se expresa en el grafico 3-4, donde se observa una

concentración elevada en comparación a los demás puntos en el punto 7 con un valor de 17, 22

(µg/m³) y el punto 13 igual a 13,18 (µg/m³) debido a que constituyen puntos con presencia de

urbanizaciones de gran extensión que demandan el uso de vehículos que da lugar a una mayor

afluencia en el sector, el resultado obtenido se respalda con los obtenidos por (Calisaya 2012,

p.51) donde asume la alta concentración obtenida a las emisiones generadas por los vehículos. El

punto de menor concentración constituye el punto 5 con un valor igual a 3,498 (µg/m³)

atribuyéndose a la baja presencia de vehículos en esa semana.




correspondiente del 05 al 11 de diciembre del 2016, se observa una concentración mayor en

comparación a los demás puntos de estudio en el punto 11 con un valor de 16,41 (µg/m³) y el

punto 15 igual a 16,10 (µg/m³) esto debido a que constituyen puntos donde existen empresas

cuya entrada y salida de vehículos es permanente, resultado que concuerda con el obtenido por

(Calisaya 2012, p.51) donde a través de su estudio establece que la presencia de NO2 se debe a

las emisiones generadas por los automotores. El punto de menor concentración constituye el

punto 2 con un valor igual a 4,871 (µg/m³) debido a una afluencia vehicular menor a comparación

del punto 11 y 15.

0,000

5,000

10,000

15,000

20,000

SEMANA 4


P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16 P17 P18 P19 P20

53



La Concentración promedio semanal alcanzada durante la semana 5 correspondiente del 12 al 18

de Diciembre del 2016 se expresa en el grafico 3-6, donde se observa una concentración elevada

en comparación a los demás puntos en el punto 5 con un valor de 49,17 (µg/m³) debido a que

constituye un sector donde existen establecimientos alimenticios fijos como Burguer King y

temporales que atraen clientes y por ende aumenta el tránsito de autos, resultado respaldado con

los obtenidos por (Calisaya 2012, p.51) donde asume la alta concentración obtenida a las

emisiones generadas por los vehículos. El punto de menor concentración constituye el punto 1

con un valor igual a 4,462 (µg/m³) atribuyéndose a la maniobra realizada por pobladores del sector

previo a cumplir el lapso de tiempo de estudio.



0,000

10,000

20,000

30,000

40,000

50,000

60,000

SEMANA 5



0,000

20,000

40,000

60,000

80,000

SEMANA 6



54

En el gráfico 3-7, la concentración promedio semanal alcanzada durante la semana 6

correspondiente del 19 al 25 de diciembre del 2016, se observa una concentración elevada en los

puntos: 4 con valor igual a 46,46 (µg/m³), el punto 7 presenta 49,35 (µg/m³), el punto 10 presenta

42,44 (µg/m³), el punto 13 presenta 45,91 (µg/m³), el punto 14 presenta 66,67 (µg/m³) y el punto

19 presenta 42,32 (µg/m³), debido a que durante esta fecha de muestreo se desarrolló un feriado

nacional que involucró un movimiento vehicular mayor lo que genera una mayor emisión de NO2,

resultado que concuerda con el obtenido por (Calisaya 2012, p.51) donde establece que la

concentración elevada de NO2 se debe a las emisiones generadas por los automotores. El punto

de menor concentración constituye el punto 6 con un valor igual a 3,973 (µg/m³) debido a

encontrarse localizado en un punto alejado de urbanizaciones que demandan un uso menor de

vehículos a comparación de los puntos 4,7,10, 13,14 y 19 .




Diciembre del 2016 al 01 de Enero del 2017 se expresa en el grafico 3-8 donde se observa una

concentración elevada en comparación a los demás puntos en el punto 13 con un valor de 64,34

(µg/m³) y punto 14 igual a 75,64 (µg/m³) debido a que constituye un sector donde existen

empresas que involucran la entrada y salida permanente de vehículos, concordando con los

resultados obtenidos por (Calisaya 2012, p.51) donde a través de su estudio establece que la

presencia elevada de NO2 se debe a las emisiones generadas por los automotores. . El punto de

menor concentración constituye el punto 16 con un valor igual a 5,386 (µg/m³) atribuyéndose a

una movilidad de autos mínima a comparación del punto 13 y 14.

0,000

20,000

40,000

60,000

80,000

SEMANA 7



55




correspondiente del 02 al 09 de enero del 2017, se observa una concentración mayor en

comparación a los demás puntos de estudio en el punto 4 con un valor de 29,68 (µg/m3) debido a

que constituye un punto donde existe una zona urbanizada que involucra una mayor presencia de

vehículos, resultado que concuerda con el obtenido por (Calisaya 2012, p.51) donde a través de

su estudio establece que la presencia de NO2 se debe a las emisiones generadas por los

automotores. El punto de menor concentración constituye el punto 1 con un valor igual a 3,976

(µg/m³) debido al inicio de la temporada invernal que generó la dilución de la concentración de

la solución absorbente.

Dióxido de Azufre

En el siguiente gráfico se detalla la concentración máxima de SO2 alcanzada en los 20 puntos de

estudio durante 8 semanas, citados en la Tabla 3-2, los resultados obtenidos son similares a los

alcanzados por (Molina y Jiménez 2015, p. 84) tras desarrollar la temática ¨ Desarrollo de la

metodología para recolección y valoración de concentraciones de SO2 del aire ambiente en el

parque industrial y las zonas de mayor tráfico de la ciudad de Cuenca¨, donde se aprecian bajas

concentraciones de SO2 asumiendo dichos valores al desarrollo de monitoreo en un lapso de

exposición de 8 días, se observa en la gráfica que los valores más altos corresponden al punto 10

y 11 con concentraciones de 30,38 y 36,013 (µg/m3).

0,000

5,000

10,000

15,000

20,000

25,000

30,000

35,000

SEMANA 8



56

Gráfico 3-10 Concentración Máxima Semanal de SO2 (µg/m³)


Gráfico 3-11 Concentración Promedio Semanal de SO2 (µg/m³), semana 1.


En el gráfico 3-11, se observa la Concentración promedio semanal alcanzada durante la semana

1 correspondiente del 11 al 20 de noviembre del 2016, donde se observa una concentración

representativa en el punto 13 con un valor de 21,27 (µg/m³) esto debido a que existen empresas

que involucran la entrada y salida permanente de vehículos, resultado respaldado por el estudio

desarrollado por (Molina y Jiménez 2015, p. 84) donde establece que los puntos de mayor

9,2

66

12

,00

1

3,7

22

14

,14

9

7,3

02

3,7

04

16

,29

5

8,6

51

10

,71

0

30

,38

9 36

,01

3

8,9

83

21

,27

0

7,1

69

3,5

59

4,5

27

7,0

07

6,0

95

6,0

72

17

,32

8

CONCENTRACIÓN MÁXIMA SEMANAL DE SO 2 (µg/m³ )



Punto 15 Punto 16 Punto 17 Punto 18 Punto 19 Punto 20

0,000

5,000

10,000

15,000

20,000

25,000

SEMANA 1

CONCENTRACIÓN PROMEDIO SEMANAL DE SO2 (µg/m³)


57

concentración obtenida es debido al elevado tránsito vehicular. El punto de menor concentración

se aprecia en el punto 8 con un valor igual a 0,281 (µg/m³) esto debido a que se encuentra

localizado en un punto con ausencia de empresas que generan emisión del contaminante en

mención, valor respaldado por el estudio (De la Cruz et al. 2011) donde establece que se obtienen

menores concentraciones cuando existe dilución de los contaminantes en la pluma de emisión

razón que se le puede atribuir a la baja concentración presentada.




correspondiente del 21 al 27 de noviembre al del 2016, se observa una concentración

representativa en el punto 10 con un valor de 30,389 (µg/m³) y el punto 11 igual a 36,013 (µg/m³)

esto debido a que constituyen puntos donde existen urbanizaciones de gran extensión y por ende

gran afluencia vehicular que basado en el estudio desarrollado por (Molina y Jiménez 2015, p.

84) la presencia de elevada concentración de SO2 es debida a la afluencia vehicular del sector. El

punto de menor concentración constituye el punto 16 con un valor igual a 0,428 (µg/m³) debido

a que se encuentra localizado en un punto sin presencia de actividad industrial con poca afluencia

vehicular a comparación del punto 10 y 11.

0,000

5,000

10,000

15,000

20,000

25,000

30,000

35,000

40,000

SEMANA 2



58



La concentración promedio semanal alcanzada durante la semana 3 correspondiente del 28 de

noviembre al 04 de Diciembre del 2016 se expresa en el grafico 3-13, donde se observa una

concentración elevada en comparación a los demás puntos en el punto 10 con un valor de 2, 542

(µg/m³) y el punto 19 igual a 2,535 (µg/m³) debido a que constituyen puntos con presencia de

urbanizaciones de gran extensión y por ende de gran afluencia vehicular, resultado respaldado por

el estudio desarrollado por (Molina y Jiménez 2015, p. 84) donde atribuye la presencia elevada

de SO2 a la afluencia vehicular del sector. El punto de menor concentración constituye el punto 6

con un valor igual a 0,413 (µg/m³) atribuyéndose a la escasa presencia de industrias y tránsito de

vehículos en esa semana a comparación del punto 10 y 19.



0,000

0,500

1,000

1,500

2,000

2,500

3,000

SEMANA 3



0,000

2,000

4,000

6,000

8,000

10,000

SEMANA 4



59


correspondiente del 05 al 11 de diciembre del 2016, se observa una concentración mayor en

comparación a los demás puntos de estudio en el punto 7 con un valor de 9,214 (µg/m³) y el punto

19 igual a 6,072 (µg/m³) esto debido a que constituyen puntos donde existen urbanizaciones con

entrada y salida de vehículos permanente, resultado respaldado por el estudio desarrollado por

(Molina y Jiménez 2015, p. 84) donde atribuye la presencia elevada de SO2 a la afluencia

vehicular del sector. El punto de menor concentración constituye el punto 13 con un valor igual

a 0,734 (µg/m³) debido a una escasa presencia de industrias y vehículos en el sector.



La Concentración promedio semanal alcanzada durante la semana 5 correspondiente del 12 al 18

de Diciembre del 2016 se expresa en el grafico 3-15, donde se observa una concentración elevada

en comparación a los demás puntos en el punto 4 con un valor igual a 14,096 (µg/m³), en el punto

7 con un valor de 16,295 (µg/m³) y el punto 20 igual a 12,001 (µg/m³), debido a que constituye

un sector donde existen urbanizaciones que demanda gran presencia de vehículos, respaldado en

el resultado obtenido por (Molina y Jiménez 2015, p. 84) donde atribuye la presencia elevada de

SO2 a la afluencia vehicular del sector. El punto de menor concentración constituye el punto 17

con un valor igual a 1,764 (µg/m³) atribuyéndose a que constituye un sector donde la presencia

de industrias y vehículos es limitada a comparación del punto 7,4 y 20.

0,000

5,000

10,000

15,000

20,000

SEMANA 5



60



En el gráfico 3-16, la concentración promedio semanal alcanzada durante la semana 6

correspondiente del 19 al 25 de diciembre del 2016, a una temperatura de 300,22 K, se observa

una concentración elevada en los puntos: 1 con valor igual a 9,266(µg/m³), el punto 4 con valor

igual a 14,149 (µg/m³), el punto 7 presenta 12,047 (µg/m³), el punto 13 presenta 8,514 (µg/m³), y

el punto 19 presenta 17,328 (µg/m³), debido a que durante esta fecha de muestreo se desarrolló

un feriado nacional que involucró un movimiento vehicular mayor, resultado respaldado por el

obtenido por (Molina y Jiménez 2015, p. 84) donde relaciona la elevada concentración de SO2 a

la afluencia vehicular del sector. El punto de menor concentración constituye el punto 6 con un

valor igual a 0,657 (µg/m³) debido a encontrarse localizado en un punto alejado de urbanizaciones

e industrias a comparación de los puntos 1,4,7,13 y 19..



0,000

5,000

10,000

15,000

20,000

SEMANA 6



0,000

2,000

4,000

6,000

8,000

10,000

SEMANA 7

CONCENTRACIÓNPROMEDIO SEMANAL DE SO2 (µg/m³)


61


Diciembre del 2016 al 01 de Enero del 2017 se expresa en el grafico 3-17, donde se observa una

concentración elevada en comparación a los demás puntos en el punto 2 con un valor de 8,910

(µg/m³), el punto 7 con un valor de 7,365 (µg/m³), el punto 13 con un valor de 6,176 (µg/m³)y

punto 19 igual a 5,516 (µg/m³) debido a que constituye un sector donde existen empresas que

involucran la entrada y salida permanente de vehículos, resultado respaldado por el obtenido por

(Molina y Jiménez 2015, p. 84) donde relaciona la elevada concentración de SO2 a la afluencia

vehicular del sector. El punto de menor concentración constituye el punto 16 con un valor igual

a 0,359 (µg/m³) debido a que se encuentra localizado en un punto sin presencia de actividad

industrial con poca afluencia vehicular a comparación del punto 2, 7,13 y 19.




correspondiente del 02 al 09 de enero del 2017, se observa una concentración mayor en

comparación a los demás puntos de estudio en el punto 7 con un valor de 7,897 (µg/m3), en el

punto 8 con un valor de 8,651 (µg/m3), en el punto 10 con un valor de 8,059, en el punto 14 con

un valor de 7,169 (µg/m3) y el punto 17 con un valor igual a 6,111 (µg/m3) debido a que

constituyen puntos donde se desarrolla una serie de actividades industriales productivas que

genera el uso mayor de vehículos, resultado que concuerda con el desarrollado por (Molina y

Jiménez 2015, p. 84) donde relaciona la elevada concentración de SO2 a la afluencia vehicular del

sector . El punto de menor concentración constituye el punto 1 con un valor igual a 0,982 (µg/m³)

debido al inicio de la temporada invernal que generó la dilución de la concentración de la solución

absorbente.

0,000

2,000

4,000

6,000

8,000

10,000

SEMANA 8



62

Análisis de las concentraciones de NO2 y SO2 empleando ArcGIS.

Las concentraciones de SO2 y NO2 obtenidas de los 8 muestreos desarrollados en 20 puntos

alrededor de Vía a la Costa fueron necesarias plasmarlas gráficamente mediante el uso del

software ArcGIS a fin de establecer a partir de la escala colorimétrica la variación de la

concentración de los gases contaminantes en estudio de cada punto de análisis.

En la figura 3-1 se ilustra la concentración de Dióxidos de nitrógeno y en la figura 3-2 la

concentración de Dióxidos de Azufre obtenidas a partir de los captadores pasivos ubicados a lo

largo del área de estudio donde la tonalidad azul celeste equivale a una baja concentración y la

coloración naranja rojiza es signo de concentración elevada.

Figura 3-1 Mapa de concentraciones de NO2 empleando ArcMap.


La figura 3-1 ilustra la concentración promedio de dióxidos de nitrógeno donde se aprecia que los

puntos 13 y 14 presentan concentraciones iguales a 20,818 y 23,966 µg/m3 respectivamente,

valores comprendidas entre 23,95 y 20,80 µg/m3 que corresponden a la coloración rojiza de la

escala colorimétrica e indican una concentración cuantitativa alta en comparación a los otros

puntos de monitoreo, se estipula se alcanzó mencionado valor debido a encontrarse los

63

muestreadores colocados en puntos cercanos a la vía principal de la empresa HOLCIM. SA que

involucra la entrada y salida permanente de vehículos.

Concentraciones bajas se visualizan en los puntos 1 con valor igual a 6,024 µg/m3 , en el punto 8

igual a 6,431 µg/m3, en el punto 9 igual a 7,563 µg/m3, en el punto 10 igual a 7,063 µg/m3 y la

concentración más baja en el punto 20 igual a 4,970 µg/m3, correspondiente a la coloración azul

celeste de la escala colorimétrica aplicada que indica baja concentración, debido a encontrarse los

muestreadores localizados en puntos alejados de urbanizaciones e industrias o donde el tráfico

vehicular es poco predominante.

Figura 3-2 Mapa de concentraciones de SO2 empleando ArcMap.


La figura 3-2 ilustra la concentración de Dióxidos de azufre donde se aprecia que los puntos 7,

10 y 11 presentan concentraciones iguales a 6,825, 6,988 y 7,765 µg/m3 respectivamente, valores

comprendidas entre 7,81 y 5,86 µg/m3 que corresponden a la coloración rojiza naranja de la escala

colorimétrica e indican una concentración cuantitativa alta en comparación a los otros puntos de

monitoreo, se estipula se alcanzó mencionado valor debido a encontrarse los muestreadores

colocados en puntos cercanos a empresas productoras de cal que involucra el uso de chimeneas

para su actividad productiva.

64

Concentraciones bajas se visualizan en los puntos 3 con valor igual a 2,395 µg/m3, en el punto 6

igual a 2,222 µg/m3, en el punto 14 igual a 2,379 µg/m3, y en el punto 15 igual a 1,876 µg/m3,

correspondiente a la coloración azul celeste de la escala colorimétrica aplicada que indica baja

concentración, debido a encontrarse los muestreadores localizados en puntos alejados de fuentes

industriales directas.

Análisis estadístico

En el gráfico 3-19 se describen los resultados obtenidos tras desarrollar el Diseño de Componentes

principales en el cual se establece que los parámetros meteorológicos empleados en el estudio no

interfieren en la prevalencia de SO2 y NO2 en el lugar de exposición, es decir su presencia en el

sector está ligada a la fuente que lo genera, siendo esta la misma para los dos gases contaminantes

lo cual faculta se mantenga en el sector.

Gráfico 3-19 Matriz de correlación.


Al no tener la relación esperada entre los parámetros meteorológicos y la concentración de NO2

y SO2, se le atribuye a otros parámetros no contemplados en este estudio como la altura en función

al nivel del mar, la relación aire –combustible, la descomposición térmica de los contaminantes,

el tipo de combustible, entre otros, que resultan factores importantes que influyen directamente

en la emisión de gases contaminantes a la atmósfera.

Análisis de prevalencia

65

Gráfico 3-20 Prevalencia de la concentración NO2


En el gráfico 3-20 y 3-21 podemos establecer que la tendencia de la concentración en el tiempo

expresada en la línea rosada se mantiene a pesar de presentar picos elevados, es decir mediante la

predicción desarrollada representada en la línea azul, no hay posibilidad de alcanzar elevados

valores de concentración en semanas futuras que alteren la gráfica

Gráfico 3-21 Prevalencia de la concentración SO2


Protocolo para direccionar la preservación y manejo de la calidad del aire.

Tras desarrollar el estudio del SO2 y NO2, contaminantes atmosféricos presentes en bajas

concentraciones en la zona industrial de vía a la Costa se ha visto necesario establecer una serie

de medidas que permitan preservar la calidad del aire en el sector, así se tiene:

66

Desarrollar mediante estudios posteriores mapas de vulnerabilidad y capacidad del

territorio, que permitan establecer la incidencia de los contaminantes en una zona determinada,

lo que faculta mejorar el orden del territorio y aplicar medidas de protección atmosférica.

Implementar sistemas de vigilancia de contaminación atmosférica en el sector.

Fomentar medidas de ahorro energético en las industrias aledañas al sector mediante

sistemas regulatorios de temperatura, aislamiento térmico y rendimiento de calderos y

calefacciones.

Optimizar y monitorear los procedimientos de las actividades industriales, mediante la

implementación de lavadores de partículas (scrubbers) o sistemas de extracción, filtración y

separación de material particulado; sistemas de recolección entre otros a fin de reducir la

contaminación del aire.

Regular el tráfico vehicular y fomentar el uso de transportes públicos en el

sector.(Fernández 2016)

67

CONCLUSIONES

• Se determinó mediante el estudio desarrollado durante dos meses en la Zona de Vía a la

Costa – Guayaquil desde Jardines hasta el km 26, el grado de contaminación producida por el SO2

y NO2 a partir de las muestras colectadas en los 20 puntos de la zona de estudio cuya

concentración de los gases contaminantes captados mediante captadores pasivos son bajos y no

sobrepasan el límite permitido por la norma Ecuatoriana para Dióxido de nitrógeno igual a 200

µg/m³ en una hora y para Dióxido de azufre igual a 125 µg/m³ por día según el Acuerdo

Ministerial 097A Libro VI Anexo 4 Calidad del aire, facultando de esta manera una calidad del

aire en el sector actual adecuada que requerirá tomar medidas presentes para asegurar la calidad

de vida futura de las personas del sector de estudio.

• El uso del Software SPSS favoreció establecer la correlación existente entre los parámetros

meteorológicos y la concentración obtenida de los captadores pasivos de SO2 y NO2 donde se

establece que la presión, temperatura, porcentaje de humedad, grado de radiación ,velocidad y

dirección del viento, no existe, e indica que estadísticamente los factores meteorológicas no

influyen en la prevalencia de los gases contaminantes en la zona, lo que atribuye que la presencia

de SO2 y NO2 se debe a la misma fuente de generación; el análisis de dispersión de las

concentraciones indica una dispersión no significativa atribuyendo este efecto a la velocidad y

dirección del viento la cual no es fuerte y no favorece la dispersión de los contaminantes

atmosféricos a lugares aledaños que consiente se mantenga en el lugar de emisión hasta ser

volatilizados hasta capas superiores de la atmósfera; el desarrollo de análisis de prevalencia en

el tiempo de los gases contaminantes en estudio sigue una misma tendencia con poca apreciación

de picos elevados que involucra una permanencia casi constante en meses futuros del dióxido de

nitrógeno y azufre.

• Mediante el análisis de la concentración de SO2 y NO2, contaminantes atmosféricos presentes

en bajas concentraciones en la zona industrial de vía a la Costa se ha visto necesario establecer

medidas que permitan mejorar y preservar la calidad del aire mediante medidas que involucre a

los entes regulatorios, las personas que habitan en el sector y a las industrias que se desarrollan

en el mismo, a fin de fomentar un orden territorial que asegure la calidad de vida, la

Implementación de sistemas de vigilancia de contaminación atmosférica en el sector, la aplicación

de medidas de ahorro energético en las industrias aledañas, la optimización y monitoreo de los

68

procedimientos industriales, la regularización del tráfico vehicular y el uso de transportes públicos

o de vehículos cuya emisión de contaminantes atmosféricos sea de menor incidencia a los

empleados en la actualidad.

RECOMENDACIONES

Establecer un tiempo de estudio de los contaminantes gaseosos superior a dos meses a fin

de tener una base de datos más amplia que faculte establecer una relación más profunda de la

presencia de los gases en el sector.

Ampliar el número de puntos de muestreo y colocarlos alrededor del área de estudio que

favorezca tener información de la dispersión de los contaminantes atmosféricos en zonas aledañas

a los puntos de estudio.

Incorporar señalética de precaución y cuidado en cada uno de los puntos de monitoreo a

fin de evitar la maniobra de particulares de los muestreadores.

Desarrollar un estudio de fuentes específicas (fijas o móviles) de emisión de Dióxidos de

nitrógeno y azufre que faculte determinar la relación directa entre la concentración y la fuente de

generación de contaminación atmosférica.

Emplear equipos de análisis actualizados que permita disminuir el índice de error en el

estudio de las muestras.

Fomentar en la Institución la investigación en temas de Calidad del aire que amplié la

cultura de protección y generación de alternativas sustentables en contra de la contaminación

atmosférica.

Incorporar en las cátedras de la carrera el manejo de software de modelación de la calidad

del aire, elaboración de mapas de dispersión y otros afines que favorezcan elevar el nivel

académico de los estudiantes tras culminar su preparación profesional.

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